常用填料在橡膠產(chǎn)品的作用及用量選擇

耐寒橡膠配方設(shè)計(jì)要點(diǎn)
2018年10月18日
橡膠配方性能的估算(硬度、拉伸強(qiáng)度、伸長率、定伸強(qiáng)度)
2018年11月19日

常用填料在橡膠產(chǎn)品的作用及用量選擇

橡膠工業(yè)大量使用填料作配合劑,其用量僅次于橡膠耗用量。補(bǔ)強(qiáng)填料用于橡膠,不僅能提高橡膠制品的強(qiáng)度,而且能改善膠料的加工性能,并賦予制品良好的耐磨耗、耐撕裂、耐熱、耐寒、耐油等多種性能,可延長制品的使用壽命。非補(bǔ)強(qiáng)填料用于橡膠,主要起填充增容作用,某些品種也兼有隔離、脫模或著色的作用。  1、一般要求  (1)補(bǔ)強(qiáng)填料粒子表面要有強(qiáng)的化學(xué)活性,能與橡膠產(chǎn)生良好的結(jié)合,能改善硫化膠的力學(xué)性能、耐老化性能和粘合性能。非補(bǔ)強(qiáng)填料粒子表面呈化學(xué)惰性,和橡膠不產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合,不影響硫化膠的力學(xué)性能及耐候性、耐酸堿性和耐水性。  (2)有較高的化學(xué)純度,細(xì)度要均勻,對橡膠有良好的濕潤性和分散性。  (3)不易揮發(fā),無臭、無味、無毒,有較好的貯存穩(wěn)定性。  (4)用于白色、淺色和彩色橡膠制品的填料,還要求不污染,不變色。  (5)價(jià)廉易得。  2、性能要求  (1)細(xì)度:一般說,補(bǔ)強(qiáng)填料顆粒越細(xì),比表面積越大,和橡膠接觸面積也越大,補(bǔ)強(qiáng)效果越好。非補(bǔ)強(qiáng)填料顆粒越細(xì),加入橡膠后混煉效果越好。但必須分散均勻,如分散不均勻,即使顆粒很細(xì),混煉效果亦不好。  (2)顆粒形狀與晶型:填料顆粒形狀以球形較好,片形或針形填料在硫化膠拉伸時(shí)容易產(chǎn)生定向排列,導(dǎo)致永久變形增大,抗撕裂性能降低。補(bǔ)強(qiáng)填料中炭黑和白炭黑為無定形,其他填料也有結(jié)晶型的。比如硅微粉雖與白炭黑化學(xué)成分均為二氧化硅,但前者為結(jié)晶型,后者為無定型。結(jié)晶型填料又分為異軸結(jié)晶和等軸結(jié)晶兩種。同軸結(jié)晶x、y、z三軸相似,各向同性。異軸結(jié)晶x、y、z三軸有顯著差異,各向異性在常用非金屬礦物填料中,陶土、石墨、硅藻土屬異軸結(jié)晶系。碳酸鈣為等軸結(jié)晶系。要求耐磨和耐撕裂性能好的橡膠制品,不宜用異軸結(jié)晶系物質(zhì)作補(bǔ)強(qiáng)填料。  (3)表面性質(zhì):粉體填料混入橡膠,其粒子被橡膠分子包圍,粒子表面被橡膠濕潤的程度對補(bǔ)強(qiáng)效能有很大影響。不易濕潤的顆粒,在橡膠中不易分散,容易結(jié)團(tuán),降低其補(bǔ)強(qiáng)效能。這種狀況可以通過添加某些有助于增加濕潤的物質(zhì)得以改善。例如補(bǔ)強(qiáng)效能很小的碳酸鈣,加入脂肪酸后,降低了表面張力,增加了濕潤程度,提高了補(bǔ)強(qiáng)效果。 炭黑是橡膠的主要補(bǔ)強(qiáng)填料,其成分90%~99%是元素碳,其余是少量揮發(fā)分和水分。在炭黑生產(chǎn)過程中,其表面吸附或結(jié)合了少量羧基、醌基、酚基、內(nèi)酯基等化學(xué)基團(tuán)。過去曾經(jīng)認(rèn)為炭黑的補(bǔ)強(qiáng)效能僅取決于其粒徑(比表面積)大小及結(jié)構(gòu)性,而與其表面的化學(xué)性質(zhì)無關(guān)。近年來大量研究結(jié)果表明,炭黑粒子表面的化學(xué)基團(tuán)在混煉過程中能與橡膠起化學(xué)反應(yīng),使結(jié)合膠增加,進(jìn)而增進(jìn)了硫化膠的力學(xué)性能和耐老化性能。 白炭黑粒子表面化學(xué)基團(tuán)與炭黑完全不同。氣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):。 氣相法白炭黑呈酸性,沉淀法白炭黑表面呈酸性或呈堿性。呈酸性會(huì)遲延硫化速度,呈堿性則會(huì)加快硫化速度。白炭黑表面微孔多,吸濕性強(qiáng),對補(bǔ)強(qiáng)不利。用硅烷偶聯(lián)劑對其表面進(jìn)行改性處理,能克服其弊端,改善其補(bǔ)強(qiáng)性能。對非金屬礦物粉體填料進(jìn)行表面改性處理,也有很好的應(yīng)用效果。  3、填料在橡膠產(chǎn)品中的用量  在橡膠產(chǎn)品中,填料是用量僅次于于生膠(天然橡膠和合成橡膠)的第二大原材料。在產(chǎn)品配方中,如以生膠用量為100計(jì),補(bǔ)強(qiáng)填料用量約為50,非補(bǔ)強(qiáng)填料用量約為25,這是對各類橡膠產(chǎn)品總和而言。具體到每一種產(chǎn)品,有的填料用量甚至超過橡膠,有的則低于總和平均量。以主要產(chǎn)品配方為例,生膠為100份。  輪胎――胎面炭黑用量40~50份。基本上不用非補(bǔ)強(qiáng)填料,或用少量陶土。內(nèi)胎膠中可用20份左右的陶土或碳酸鈣。  膠帶――炭黑用量25~45份。碳酸鈣可用于各部件,用量10~113份。碳酸鎂可用于平帶封口膠和邊膠漿,用量分別為40份、50份。硫酸鋇用于平帶擦貼膠,用量為25份。  膠管――炭黑用量15~45份。碳酸鈣用量33~128份,陶土用量20~50份,碳酸鎂用量25份,輸酸堿膠管中還用硫酸鋇30份。  膠鞋――黑色鞋底炭黑用量50份,超細(xì)活性碳酸鈣(白艷華)50份,陶土40份,白色鞋底白碳黑用量55份,超細(xì)碳酸鈣15份,鈦白粉2份。  膠布制品――碳酸鈣和陶土可用于各類膠布制品,用量30~150份,硫酸鋇用于氣密膠布,用量為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。碳酸鈣可用20份。  密封制品――油封可用白炭黑70份。密封條用炭黑25份,碳酸鈣10份,耐油真空密封用陶土30份,炭黑40份。隔膜用炭黑15份,碳酸鈣54份。  膠乳制品――膠乳手套可用硫酸鋇10~15份或碳酸鈣5份,海綿膠乳配方中可用滑石粉20份,氯丁乳膠絲配方中可用陶土2~3份,多孔模型膠乳配方中可用陶土100份,或碳酸鈣100~300份。  從上述實(shí)例可以看出,在各類橡膠產(chǎn)品中大量使用補(bǔ)強(qiáng)填料和非補(bǔ)強(qiáng)填料,不同產(chǎn)品使用填料類型和品種不同,其用量相差很大。實(shí)際使用時(shí)要根據(jù)橡膠制品的性能要求進(jìn)行配方設(shè)計(jì),選擇膠種,加入補(bǔ)強(qiáng)填料以改善力學(xué)性能,加入非補(bǔ)強(qiáng)填料改善加工性能,降低生產(chǎn)成本。通過硫化體系和防護(hù)體系的調(diào)整使配方優(yōu)化。這是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)橡膠產(chǎn)品的基礎(chǔ)。  除了上述列舉的碳酸鈣、陶土、硫酸鋇和滑石粉外,還有許多天然無機(jī)礦物粉體材料也可以用作橡膠填料,如含碳酸鎂的白云石,含硅酸鈣的硅灰石,含硫酸鹽的重晶石、石膏,含無定形炭的石黑、煤粉及其他含硅的粉石英(硅藻土)、石棉、葉蠟石、煤矸石、油頁巖、粉煤灰、凹凸棒土、赤泥等。橡膠制品生產(chǎn)廠家可以根據(jù)產(chǎn)品性能要求和價(jià)格選用不同的填料,通過配方試驗(yàn)確定其最佳配用量。