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行业动态

填料在橡胶产品的作用及用量

橡胶工业大量使用填料作配合剂,其用量仅次于橡胶耗用量。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。
  橡胶产品对填料的要求
  1一般要求
  (1)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)有较高的化学纯度,细度要均匀,对橡胶有良好的湿润性和分散性。
  (3)不易挥发,无臭、无味、无毒,有较好的贮存稳定性。
  (4)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。
  (5)价廉易得。
  2-性能要求
  (1)细度:一般说,补强填料颗粒越细,比表面积越大,和橡胶接触面积也越大,补强效果越好。非补强填料颗粒越细,加入橡胶后混炼效果越好。但必须分散均匀,如分散不均匀,即使颗粒很细,混炼效果亦不好。
  (2)颗粒形状与晶型: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。补强填料中炭黑和白炭黑为无定形,其他填料也有结晶型的。比如硅微粉虽与白炭黑化学成分均为二氧化硅,但前者为结晶型,后者为无定型。结晶型填料又分为异轴结晶和等轴结晶两种。同轴结晶x、y、z三轴相似,各向同性。异轴结晶x、y、z三轴有显著差异,各向异性在常用非金属矿物填料中,陶土、石墨、硅藻土属异轴结晶系。碳酸钙为等轴结晶系。要求耐磨和耐撕裂性能好的橡胶制品,不宜用异轴结晶系物质作补强填料。
  (3)表面性质: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,降低其补强效能。这种状况可以通过添加某些有助于增加湿润的物质得以改善。例如补强效能很小的碳酸钙,加入脂肪酸后,降低了表面张力,增加了湿润程度,提高了补强效果。
  炭黑是橡胶的主要补强填料,其成分90%~99%是元素碳,其余是少量挥发分和水分。在炭黑生产过程中,其表面吸附或结合了少量羧基、醌基、酚基、内酯基等化学基团。过去曾经认为炭黑的补强效能仅取决于其粒径(比表面积)大小及结构性,而与其表面的化学性质无关。近年来大量研究结果表明,炭黑粒子表面的化学基团在混炼过程中能与橡胶起化学反应,使结合胶增加,进而增进了硫化胶的力学性能和耐老化性能。
  白炭黑粒子表面化学基团与炭黑完全不同。气相法白炭黑表面含有硅醇基Si—OH,沉淀法白炭黑表面含有硅醇基Si—OH及Si<(OH):。
  气相法白炭黑呈酸性,沉淀法白炭黑表面呈酸性或呈碱性。呈酸性会迟延硫化速度,呈碱性则会加快硫化速度。白炭黑表面微孔多,吸湿性强,对补强不利。用硅烷偶联剂对其表面进行改性处理,能克服其弊端,改善其补强性能。对非金属矿物粉体填料进行表面改性处理,也有很好的应用效果。
  3、填料在橡胶产品中的用量
  在橡胶产品中,填料是用量仅次于于生胶(天然橡胶和合成橡胶)的第二大原材料。在产品配方中,如以生胶用量为100计,补强填料用量约为50,非补强填料用量约为25,这是对各类橡胶产品总和而言。具体到每一种产品,有的填料用量甚至超过橡胶,有的则低于总和平均量。以主要产品配方为例,生胶为100份。
  轮胎——胎面炭黑用量40~50份。基本上不用非补强填料,或用少量陶土。内胎胶中可用20份左右的陶土或碳酸钙。
  胶带——炭黑用量25~45份。碳酸钙可用于各部件,用量10~113份。碳酸镁可用于平带封口胶和边胶浆,用量分别为40份、50份。硫酸钡用于平带擦贴胶,用量为25份。
  胶管——炭黑用量15~45份。碳酸钙用量33~128份,陶土用量20~50份,碳酸镁用量25份,输酸碱胶管中还用硫酸钡30份。
  胶鞋——黑色鞋底炭黑用量50份,超细活性碳酸钙(白艳华)50份,陶土40份,白色鞋底白碳黑用量55份,超细碳酸钙15份,钛白粉2份。
  胶布制品——碳酸钙和陶土可用于各类胶布制品,用量30~150份,硫酸钡用于气密胶布,用量为11份。
  模型制品——炭黑用量40~75份。白炭黑可用30份,陶土可用35份。碳酸钙可用20份。
  密封制品——油封可用白炭黑70份。密封条用炭黑25份,碳酸钙10份,耐油真空密封用陶土30份,炭黑40份。隔膜用炭黑15份,碳酸钙54份。
  胶乳制品——胶乳手套可用硫酸钡10~15份或碳酸钙5份,海绵胶乳配方中可用滑石粉20份,氯丁乳胶丝配方中可用陶土2~3份,多孔模型胶乳配方中可用陶土100份,或碳酸钙100~300份。
  从上述实例可以看出,在各类橡胶产品中大量使用补强填料和非补强填料,不同产品使用填料类型和品种不同,其用量相差很大。实际使用时要根据橡胶制品的性能要求进行配方设计,选择胶种,加入补强填料以改善力学性能,加入非补强填料改善加工性能,降低生产成本。通过硫化体系和防护体系的调整使配方优化。这是生产优质橡胶产品的基础。
  除了上述列举的碳酸钙、陶土、硫酸钡和滑石粉外,还有许多天然无机矿物粉体材料也可以用作橡胶填料,如含碳酸镁的白云石,含硅酸钙的硅灰石,含硫酸盐的重晶石、石膏,含无定形炭的石黑、煤粉及其他含硅的粉石英(硅藻土)、石棉、叶蜡石、煤矸石、油页岩、粉煤灰、凹凸棒土、赤泥等。橡胶制品生产厂家可以根据产品性能要求和价格选用不同的填料,通过配方试验确定其最佳配用量。

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