橡胶行业用填料粉体的性能要求及应用简介
2020-12-18 17:42:12
橡胶是重要的工业生产原料，被广泛用于轮胎、胶管、输送带、医疗用品及仪器工业等，是重要的工业原料和战略物资。橡胶是一类具有高弹性的高分子材料，亦被称为弹性体。橡胶在外力的作用下具有很大的变形能力（伸长率可达500～1000％），外力除去后又能很快恢复到原始尺寸。
橡胶工业大量使用填料粉体。补强填料用于橡胶，不仅能提高橡胶制品的强度，而且能改善胶料的加工性能，并赋予制品良好的耐磨耗、耐撕裂、耐热、耐寒、耐油等多种性能，可延长制品的使用寿命。非补强填料用于橡胶，主要起填充增容作用，某些品种也兼有隔离、脱模或着色的作用。
一、橡胶产品对填料的要求
1、粉体填料混入橡胶，其粒子被橡胶分子包围，粒子表面被橡胶湿润的程度对补强效能有很大影响。不易湿润的颗粒，在橡胶中不易分散，容易结团，会降低其补强效能。故要求填料粒子有较高的化学纯度，粒度分布要均匀，对橡胶有良好的湿润性和分散性。补强填料粒子表面要有强的化学活性，能与橡胶产生良好的结合，能改善硫化胶的力学性能、耐老化性能和粘合性能。非补强填料粒子表面呈化学惰性，和橡胶不产生化学结合，不影响硫化胶的力学性能及耐候性、耐酸碱性和耐水性。
2、不易挥发，无臭、无味、无毒，有较好的贮存稳定性。用于白色、浅色和彩色橡胶制品的填料，还要求不污染，不变色。基于生产成本的考虑，还要求填料价廉易得。
3、橡胶填料颗粒形状以球形较好，片形或针形填料在硫化胶拉伸时容易产生定向排列，导致永久变形增大，抗撕裂性能降低。当然颗粒形貌要求并非绝对或者一成不变的，有些情况下，片状或者针状颗粒填料，能够起到特殊作用。
二、常用的橡胶填料简介
橡胶填料，用量最大的当属炭黑、白炭黑和炭黑-白炭黑双相填充剂，它们同时具有补强和填充做用。还有很多其它材料都在橡胶制品中做补强填料的同时也可以做降低成本的填充料。下文将向大家介绍多种橡胶填料的成分、特性及功效。
1、炭黑
炭黑是一种用途广泛的化工产品，可用于橡胶、树脂、印刷油墨、涂料、电线电缆、电池、纸张、铅笔、颜料等产品。炭黑最主要的用途是用于制造轮胎及各种橡胶制品。全球炭黑约有70%用于轮胎，20%用于其他橡胶制品，其余不到10%用于塑料添加剂、染料、印刷油墨等工业。而在橡胶制品的分额中，一半用于制造汽车零部件，如V带和减震橡胶等。因此，大约有80%的炭黑是消耗在汽车工业上的。
2、白炭黑
白炭黑又称水合二氧化硅、活性二氧化硅和沉淀二氧化硅。它为高度分散状的无定形粉末或絮状粉末，质轻，具有很高的电绝缘性、多孔性和吸水性。其原始颗粒粒径小于3μm，故表面积大，具有很好的补强和增粘作用以及良好的分散、悬浮和振动液化特性，已广泛应用于塑料、橡胶、造纸、涂料、染料和油墨等十几个领域，尤其在橡胶行业，白炭黑以其优越的补强性和透明性居于首位。但是，由于白炭黑表面存在着活性硅羟基、吸附水及由制备工艺导致其表面出现的酸区，使白炭黑呈亲水性，在有机相中难以浸润和分散，在橡胶硫化体系中不能与聚合物很好地相容，从而降低了硫化效率和补强性能，使其在某些特殊领域无法使用。改性后的白炭黑因提高了表面活性，改善了在有机相中的分散性和相容性，从而大大拓宽了产品的应用领域，提高了白炭黑的高附加值。
3、炭黑-白炭黑双相填充剂
传统的炭黑由90%-99%碳元素组成，氧和氢是其他主要成分，而这种新型的炭黑-白炭黑双相填充剂是由炭黑相和分散在炭黑相中的白炭黑相构成。其主要特点是提高了烃类弹性体中橡胶与填充剂的相互作用，降低了填充剂与填充剂的相互作用。该填充剂可改善胶料性能，尤其是轮胎胎面胶的滞后损失与温度之间的关系，大大降低了滚动阻力，提高了牵引力，但并未降低传统炭黑的耐磨耗性能。
4、其他填充剂
a改性高岭土
对煤系高岭土进行了特殊处理后，提高了比表面积，然后，再进行表面改性处理，可大大提高橡胶的补强效果。在汽车轮胎、EPDM等橡制品胶应用中，达到甚至在某些方面超过了炭黑或白炭黑的补强性能。
b凹凸棒改性粘土
凹凸棒土的属白色纤维状结晶，是半补强类填充剂，能使挤出压延胶料表面光滑。新型优质橡胶补强剂凹凸棒改性粘土可提高橡胶制品300%定伸应力，提高拉断伸长率。在橡胶制品中加入凹凸棒改性粘土，不但能改善橡胶制品外观质量，延缓老化速度，而且能耐酸碱腐蚀，降低成本。可广泛应用于橡胶传动带、汽车内外轮胎及其它橡胶制品。
c改性硬质陶土
硬质陶土在橡胶中有半补强作用，能改善硫化胶的力学性能。软质陶土在橡胶中无补强作用。用硬脂酸、乙烯基硅烷、氢基硅烷及钛酸脂偶联剂对陶土进行改性，使其表面增加疏水性，可提高胶料的拉伸强度、定伸应力，降低生热和压缩永久变形，其补强性能与白炭黑相当，老化性能较好。
d塑料基橡胶补强填充剂
以聚烯烃塑料为基料，与重质CaCO3粉末、钙镁粉和多种高效能表面活性剂配合，采用多层包覆技术生产出高性能塑料基橡胶补强填充剂，这种补强填充剂具有良好的流动性，可以在较高的填充量下应用于以天然橡胶为主要胶料的多种橡胶杂件，如橡胶V带、橡胶密封件、橡胶辊、橡胶衬垫、橡胶管、橡胶板等。
e木质素型橡胶补强剂
木质素系通过在造纸制浆废液中直接改性而制得，其力学性质与高耐磨炉法炭黑相当，在橡胶中的配比可比炭黑高出一倍。
f纳米氧化锌
纳米氧化锌是一种白色或微带黄色的细微粉末，易分散在橡胶和乳胶中，是天然橡胶和合成橡胶的补强剂、活性剂及硫化剂，也是白色胶料的着色剂和填充剂。胶料中加入活性氧化锌后，能使橡胶具有良好的耐磨性、耐撕裂性和弹性。
g海泡石橡胶补强剂
海泡石的化学组成为氧化硅和氧化镁的水合物，含少量铝和铁氧化物。在浅色橡胶制品中用做补强剂，性能仅次子白炭黑。用硅烷处理海泡石粉，其补强性能接近白炭黑，价格仅为白炭黑的一半。它耐酸碱、耐化学腐蚀，在橡胶、塑料制品中分散性能好，是橡胶、塑料制品中理想的填充补强剂。在天然橡胶中使用效果更佳，可大幅度降低成本，提高产品质量和经济效益。
h改性膨润土
改性膨润土是由天然膨润土、改性剂及其他助剂配制而成，有较强的吸附性和阳离子交换能力，主要用作各种橡胶的填充剂和补强剂，可提高橡胶制品的性能，降低橡胶制品的成本，提高橡胶与帘线的粘合强度和胶料的加工性能。
i云母粉
绢云母有补强效能，可替代部分半补强炭黑使用，还可用作隔离剂。由于它属单斜晶系，其结晶呈薄片状，故能提高橡胶的阻尼性能。它有良好的耐热、耐酸性能和电绝缘性能，还有肪护紫外线和放射性辐射的功能，可用于特种橡胶制品。
小结：橡胶制品应用十分广泛，产量巨大。而橡胶填料粉体一直是橡胶行业不可或缺的重要原材料粉体。随着社会进步，人们对橡胶制品的性能要求也在提高。橡胶填料粉体技术进步，能够在很大程度上影响橡胶制品的性能和生产成本。因此，在橡胶填料粉体的研发改进上投入足够的资源，是提高橡胶制品性能的重要途径。开发高性能橡胶填料粉体，对于填料粉体企业来说，是低投入高产出的项目，值得大家关注。
(：)