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橡胶中的无机矿物填料介绍

来源:www.shhaoluo.com日期:2020-03-12

? ? 橡胶填料,也被称为橡胶填充剂,指的是能提高橡胶加工性能、改进物性(如强度、耐用性等)、增加体积、低落成本的物质,在橡胶领域中占有非常主要的地位。

? ? 多年来,无机矿物粉体作为低落成本、改进加工性能的填充剂,在各种橡胶制品中被大量使用。随着超细粉碎和表面改性技术的进步,无机矿物填料越来越受到橡胶领域的青睐。

1、陶土

陶土是主要由水云母、高岭石、蒙脱石、石英及长石所组成的粉砂-砂质粘土,通常依据粒子大小(2~5μm)和组成比例又有硬质陶土、软质陶土之分,粒径小于1μm的称为初级陶土,溶解精制的叫再生陶土。

(1)硬质陶土,是粒径为2μm的粒子占80%以上的硅酸铝,表面积22-26m2/g。主要特点是加入胶料后胶料塑性增大,表面光滑,拉伸收缩永久变形小,但撕裂强度下降。它具有介于半补强炭黑和热裂法炭黑之间的补强效能,在橡胶工业中的用量约占矿物填料的一半左右。

(2)软质陶土,2μm粒径的粒子占50%-74%,表面积9-17m2/g,险些无补强效果,只起增量作用。

(3)活性陶土,经过有机物改性处理,粒径已小于1μm,略带吸湿性,补强性高于硬质陶土。

(4)煅烧陶土,由天然硅酸铝两种氧化物混淆,在高温下煅烧而制得的无水硅酸铝,粒径为1.0-1.5μm,pH值4.5-6.5,吸潮性低,收缩变形小,其补强性优于硬质陶土,现已成为陶土的主流。

(5)精制初级陶土,是陶土经过粗碎、提纯、剥片、表面改性和再粉碎加工处理,纯度达97%以上,片层厚度20-50μm,平均粒径300μm,少有聚个人和凝聚体,显示出非常好的分散性和睦密性,并具有一定强度和耐磨耗性。

(6)纳米陶土,尺寸为300nm,较之纳米材料(1-100nm)要求尚有一步之遥,但经过各种硅烷处理的NK70、NK80和NK85等改性陶土,其补强性能已大大超出了锻烧陶土和初级陶土。拉伸强度已靠近(用于丁苯橡胶)和超过(用于天然橡胶、乙丙橡胶)白炭黑的水平,且硬度低、弹性高、伸长大,定伸应力只有其他品种的一半到2/3,同时它非常容易混炼加工。

(7)改性陶土,不仅适合于单一大量填充,若与白炭黑组合一起使用更能弥补白炭黑的不足,收到良好的协同效应。特别是它所具有的良好的气密性,已成为轮胎气密层、硫化气囊和球胆等产品的不可多得的补强填料。

2、滑石粉

滑石粉是天然滑石经干法、湿法粉碎或高温锻烧制得,化学成分为水合硅酸镁或无水硅酸镁。粒径从1.3μm到100μm,呈六方或菱形结晶,有耐酸性,普通滑石粉主要作为填充增量剂,更多地用作隔离剂、表面处理剂。对于超细滑石粉来讲,补强效果好,如果将其作为橡胶填料,橡胶本身所具有的拉伸强度等于白炭黑产生的效果。

3、重质碳酸钙、贝壳粉

重质碳酸钙,是由石灰石、大理石、方解石、白垩、牡蛎、贝壳等碳酸钙盐矿物通过粉碎制得,碳酸钙含量在90%-95%以上,粒径1-10μm。主要特点是填充性特别强,易于混淆分散,配合量可达橡胶量的100%-250%,是橡胶工业中主要的低成本填充材料。

4、轻质碳酸钙

轻质碳酸钙主要是由石灰石锻烧的生石灰加水沉淀,通入碳酸气而制得的,碳酸钙含量在96%以上,粒径0.5-1.0μm,可通过控制反应条件而得到不同粒径和形状结构的产物,是橡胶工业最为普遍使用的便宜填充增量剂。

5、活性碳酸钙

用有机物对进行活化处理,可以得到粒子微细、带有凝聚结构的活性碳酸钙,能赋予从微半补强到补强的性能。主要特点是填充量大、易挤出、光泽性好,硬度低、伸长率大,力学性能可超过陶土达到半软质炭黑的水平,故称之为超微细活性碳酸钙或补强碳酸钙,粒子进入到纳米范围的则称作纳米活性碳酸钙。

6、蒙脱石粉

蒙脱石粉由蒙脱石经精选加工制成从微米到纳米级的白色片层状结晶粉末,化学成分以硅、铝的氧化物为主,含有少量铁、钙、锰的硅酸盐。属于半补强类填料,表面光滑,容易加工分散。

比年经改性开辟的纳米蒙脱石粉的粒径已靠近纳米尺寸,补强性能已提高到相当于半补强炭黑的水平,使用范围正在不断扩大。

7、叶腊石粉

叶腊石粉是一种由二氧化硅和三氧化二铝组成的硅酸盐,性质上呈化学惰性,绝缘,耐火、耐酸。经超细粉碎和表面处理的叶腊石粉也能赋予以补强性,成为陶土的代用品。

8、长石粉

长石粉为由天然花岗岩经浮选除去二氧化硅、云母之后粉碎成的无水硅酸(二氧化硅68%+三氧化二铝20%)与钠、钾、钙的氧化物。根据其成分的不同,另有纳长石粉、钾长石粉、钙长石粉之分,在橡胶中有防止附聚的功能。粒径为4-12μm仅作橡胶的填充增量剂,没有什么补强作用。

9、霞石粉与浮石粉

霞石粉、浮石粉的二氧化硅含量在72%左右,三氧化二铝含量在16%以上,并含少量的钠、钾、钙等氧化物。粒径为5-15μm,因无任何补强效能,仅用于硬质胶的填充剂和作为橡胶的研磨剂使用。

10、硅灰石粉

硅灰石粉为由天然硅灰石矿粉碎而成,二氧化硅含量51%,氧化钙含量48%,呈针状结晶。粒径3.5-10μm,可对其表面进行改性处理,性能同碳酸钙类似,易混淆加工,可缩短硫化时间,仅作填充增量剂使用。

11、硅酸钙

硅酸钙是由氯化钙与硅酸钠反应制成,含二氧化硅65%,氧化钙19%。粒径为0.2-0.3μm,最细的可达30-50nm,补强性能已近似白炭黑,常作为白炭黑的便宜替代品使用。

另外,在以硅灰石(白陶土)加烧碱经水玻璃沉淀制造白炭黑的反应过程中可联产硅酸钙,也同样生成含水硅酸钙,用作低成本的补强填料。

12、煤矸石粉

煤矸石粉为由天然煤矸石粉碎研磨而得,是二氧化硅与氧化镁的混淆物。粒径在1μm以下,易混淆分散,略有半补强性能,比年用量在逐步扩充。

13、海泡石粉

海泡石粉由天然硅酸镁矿精选深加工制得,是以二氧化硅和氧化镁为主的水合物,其微细物有一定补强作用。

14、伊利石

伊利石具有较好的分散性,而且内部的锰、铜等有害元素含量较低,改性后,可以作为橡胶的充填剂。伊利石经过改性后,添入橡胶当中,拉伸强度能够达到27.4MPa,与轻质碳酸钙以及炭黑矿物质相比,添加伊利石的橡胶不易老化,定伸应力介于二者之间,而橡胶的硬度与拉断伸长率均没有较大升沉。

15、重质碳酸镁

重质碳酸镁由白云石经粉碎加工而成,故亦称白云石粉。多为碳酸镁与碳酸钙的混淆物,即MgCa(CO3)2,属于填充性增量剂。

16、轻质碳酸镁、碱式碳酸镁

轻质碳酸镁以白云石碳化法、纯碱法制得,为碳酸镁、氢氧化镁的结晶水组成物,氧化镁含量41%-45%,并有少量氧化钙,故又称碱式碳酸镁。特点是加入胶料后胶料的挺性好,透明性强,是胶鞋透明大底的良好补强填充材料。但它的分散性差,易焦烧,补强性能相当于热裂法炭黑。

17、重晶石粉

重晶石粉由天然重晶石粉经粉碎加工制成。硫酸钡含量在93%以上,耐酸性强,用于耐碱及防x光射线的制品。因密度大(4.3-4.6),增容效果差,作为一般填料已很少使用。

18、沉淀硫酸钡

硫酸钡系从可溶解钡盐与硫酸盐复分解沉淀制成,亦称沉淀硫酸钡。硫酸钡含量达98%以上,粒径为2.5-25μm,填充效果高于重晶,石粉。比年来,经脂肪酸处理活化的硫酸钡其粒径可达到10-100μm,表面积35.7m2/g,具有一定的补强效果,力学强度和耐磨性有所提高。

19、锌钡白
锌钡白为硫酸钡与硫酸锌溶液的复分解物(ZnS?BaSO4),亦称立德粉,既是白色颜料,又是略带补强性的填充剂。

20、石膏

天然产的石膏粉以及化学分解的硫酸钙也都用作填料,可用于透明橡胶制品。

21、石墨

石墨属于片层状硅酸盐类非金属矿物,具有较好的导热性、导电性以及润滑性。以石墨作为橡胶填料,与蒙脱石的处理方法类似,即将石墨应用特殊工艺进行分解,转换成为纳米尺寸的颗粒,当纳米颗粒与橡胶基体结合后,橡胶的各项功能指标也得到改善。比如导电性、导热性、气密性以及机器性能,都得到大幅提升。

目前,在橡胶销售市场,一些填入膨胀石墨纳米的复合橡胶材料随处可见。这种膨胀石墨在橡胶基体内的添加量达到5份时,橡胶的拉伸强度达到最大值,当添加量达到10份时,橡胶表面的电导率变为1.1×10-9S/cm料的100倍。因此,石墨在橡胶中的应用范围较广,应用效果较好。

22、金属氧化物

氧化锌和经碳酸锌制成的活性氧化锌早期也是主要的补强填料,比年来更提升为纳米级活性氧化锌。由菱苦土粉加工而成的重质氧化镁和经碱式碳酸镁锻烧的轻质氧化镁,由铝矾土加工而成的氧化铝和经化学反应制得的氢氧化铝(水合氧化铝)等也都可作为填料使用。

橡胶用氧化锌

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