填料在橡胶产品的作用及用量选择

平常心

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。
& |, y* r8 [2 G# B) s/ r* s. {; z1．橡胶产品对填料的一般要求
(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。
, Q' W1 n# ~- [6 ~4 ](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。
, Y2 q) f; I3 b9 K(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。
) K& F, A: @/ F(5)价廉易得。
7 }8 H% [, h& B2．对填料的性能要求
(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。
1 c' U# i. _1 F. x( P(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，等轴结晶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。
6 `0 X# N! O% O! s) N+ r(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。
" [; A( S& M9 ?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)：。气相法自炭黑呈酸性，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。自炭黑表面微孔多，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。
2 j& l. v( X- C* z; h( _( i* W&#8226;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，有的侧低于总和平均量。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1545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3O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4075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23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。
: G' g$ U  x! X' ~( `# W, l  h0 D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，含无定形炭的石墨、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。

sahu789

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kuhong

Luzenac美強粉應用於橡塑膠中的特性
/ F- H! c9 k2 a3 `5 a, H/ }
8 ?( Z! E( R4 K) ~+ T$ \說明: 一.TALC簡介
4 [8 z; y- G5 A3 h5 v: `2 T$ B   TALC的化學組成------3MgO4SiO2H2O
   TALC的品質控制------礦型(ORE TYPE).純度(ORE PURITY)制程(PROCESSING)
   礦型------有分MACRYSTALLING及MICROCRYSTALLINE
8 v$ U& K2 E; k1 u, l* e. |- I! G   TALC的表面(SURFACE) 是親油,邊緣(EDGE)是親水,所以愈細的TALC因表面積愈大吸油量愈多.
------不同礦區所生產的TALC除MICRO不同外,純度及化學組成亦不同.
4 g" ^7 }* w+ y7 D9 G純度------影響 TALC的顏色,硬度,親油性.
制程------採礦.揀選.分類.
  　------揀選(SORTING)可由顏色及組成作區別.
& i3 r) @: a- _$ K6 f% U  　------磨細(GRINDING)目前世界上有三種設備:ROLLER MILL AIR  
CLASSIFICATION MILL FLUID ENERGY MILL FLUND ENERGY MILL,最粗糙的是RM ACM.其次,FEM是最昂貴的設備,LUZENAC用的是FEM,他可以在最不破壞TALC的ASPECT RATIO(L/T)下將TALC磨細,較不會影響TALC的補強性.
+ o& ~3 E: R9 G) A1 y! N! q) [, t2 g1 Z  ------分類(CLASSIFICATION)目的在移去大的不純物,及使粒徑分佈(PARTICLE DISTRIBUTION)變窄.
9 n: G8 C8 f+ l/ y# Q  ------籍著XRF及XRD可以知道TALC的化學組成及純度.
! B& Y: |0 R  G4 C# o$ u* s9 I; a  n二.Luzenac TALC最大不同
    ------ Luzenac TALC有MICROCRYSTAL(小結晶)的,而一般中國TALC只有MACROCRYSTAL(大結晶)的,在某些要求粒徑很細的場合,當兩者都被磨細時,本公司TLAC能保持較佳的結構完整性,其補強性能較好,且能供應最細的TALC比一般的TALC細很多.
; I; m( Q8 @% a' s: A------一般TALC對粒徑的控制仍用傳統的MESH表示,較不準確,且每一批粒徑都有很大的差距,本公司TALC對粒徑的控制是用化學儀器SEDIGRAPH METHOD,它使用TALC的質量(MASS)去使電腦畫出對數圖(LOGARITHMIC SCALE),由圖上的DS0點求出平均粒徑,如此每一批TALC都有穩定粒徑,這對橡膠業相當重要.
橡塑膠中使用填充劑比較表

填充劑种類
  V1 _, ^' J+ g7 d4 @( U
特性        Luzenac美強粉        碳酸鈣        China滑石粉
% r0 U  X# u' L7 R! s: L3 k外觀        纖維狀        圓狀        片狀
0 ~- y! V7 U8 x/ p" G吸油性        高        低        中
2 U# s1 M4 ~; o# M; z白度        89~90        96~97        93~94
化學反應        不反應        反應        不反應
5 r3 J/ [" v4 H" u5 r剛性        優        差        好
: X- W4 b8 V" N5 o" z" ]滑性        好        差        優
% y7 e  Z+ y3 G  `3 P( C發泡倍數        高        差        中
4 t5 d# l, {- @/ U) ?" C熱變形溫度        高        差        中
彎曲模數        高        差        中
) ]% z8 g2 o) B, E! }* Y. O耐衝擊強度        高        差        中
機械磨具        小        高        小
剪切速率        不改變        改變        不改變
拉伸強度        高        低        中
撕裂強度        高        低        中
成核性        優        差        可
耐候性        優        差        中
, o4 m1 W( x$ N滲透性(水、氣)        不滲透        滲透        不滲透
' Y  g5 r8 a: h# t
Luzenac美強粉應用於Wire and Cable中的特性
一.較低混合粘度
/ o: g$ R% l0 L3 TTable 1 粘度/加工於NBR中
黑煙(GPF Black,PHR)        100        80        60        40
美強粉        -        40        80        120
0 Y8 w* J  o4 v; [木尼粘度ML+4(100℃)        67        54        51        50
$ A* W( x* q' b' R焦化時間 @125℃,min        14        16.5        18        20
3 {% x) D0 ]8 K4 m( T7 @+ v(1)        改善押出比率與品質
, U, P: U' |+ D, @(2)        降低混合時間
8 c2 N/ X  p6 [& N6 `; s7 o(3)        改善初期強度與老化後物性保留
(4)        改善熱撕強度
! N% c0 v( v- i2 Y( {(5)        降低混合粘著性
" r5 t5 W+ S) x8 N3 z  W! K( u9 q$ J
+ [/ a0 X; t3 I0 m6 a" V+ W二.美強粉在橡膠中補強特性
; m( b* r# V9 M* Q0 wTable 2　無填加美強粉與有加美強粉比較
5 N: V, E8 c# P! J$ g彈性體        Exxon Butyl        Neoprene        Paracril
        268        Type W        Bj
# ]$ M- R- j; F3 e6 \0 G美強粉填加量        0        100        0        25        0        75
4 o5 @( \: A# J( e/ f( ~$ D延伸強度（Mpa）        1.6        17.9        19.8        28.3        3.3        13.1
9 s  m* w6 `: Q9 d斷裂伸長(%)        310        750        1070        1040        435        615
: [/ t  h! W% n4 w( e延伸模數300%        1.5        3.4        1.3        11.5        1.6        3.3
撕裂抵抗(Dic C)(cm2)        426        1148        884        2155        568        1548
" m  g/ y0 x! u2 R! j7 ]( J(1)        增加延伸強度               
; Q) p) T6 Q$ x3 d% p8 h; n" D( W(2)        增加斷裂伸長(%)            
(3)        增加延伸模數
. u$ \3 ~7 X' Z8 L  u! d(4)        增加撕裂抵抗
& B- l. D; X: \* z1 q6 f* u三.美強粉可以減少水氣與氣體滲透
9 {5 c3 W- a5 ~

四.美強粉可以改善体積電阻

Mistron Vapor R- Improves Dielectric Strength in IIR (美強粉改善介電強度)

Mineral        Calcined Clay
, e: b* ~4 ^5 [! R  M" _& F0 p4 D煅燒白土        Mistron Vapor R        CaCO3
9 O6 x6 G4 y6 o% x4 TTensile Strength, MPa
6 V  N9 m" \4 f/ n8 L  a抗張強度        8.62        12.76        6.38
7 j. z/ m* u. O" }: S6 Z% @Elongation, % 延伸率        660        610        675
2 Y# h" j7 N4 v1 z" E300% Modulus, MPa
模數        1.90        3.45        1.21
Shore A硬度        55        50        60
+ n2 c. G* i% kDielectric Strength, v/mil
介電強度        650        1150        540

Mistron Vapor R- Improves Electrical Properties in CR-W (美強粉改善介電特性)
; }( c: G3 \; B2 n/ V, P% ]) m
. K0 k% i1 G( l% SMT Black黑煙 / Mistron&#61650; Vapor R        100/0        60/40        40/60        0/100
Tensile Strength, psi        2,010        2,020        2,030        1,710
9 C. B" a8 Q5 E) N6 lElongation, %        430        440        480        270
+ h2 v$ x. O5 g+ u0 X$ O1 [Hardness, Shore A        64        70        71        75
  Q0 {' ]' |. U/ Q" vTear, ppi撕烈        290        290        379        403
Compression Set, %壓縮
7 l& r% V( ?3 J4 l: ^: e9 I% x0 h- 22hrs @ 70C        9.2        16.3        17.1        24.6
5 b0 I" O% R; ?& G) d+ iDielectric Constant介電參數        17.7        10.2        7.92        5.49
. @9 O+ _$ p/ `% Power Factor功率因數        11.8        5.3        4.63        4.12
% Loss Factor損失因數        209        54        36.6        22.6
, Q; F* G2 D; Y2 L& p& Z9 u/ Q
五. 美強粉可以改善加工性
4 |2 T6 q4 _, W& j1.        增加壓出電線線速
# P2 _; h) F5 a# P$ W5 p2.        降低生產設備電力損耗
" o. I. K0 {( L9 D6 d! r配方:
0 {3 p- S, a. x* oCPE Cable Formulation
8 D1 i2 J3 c7 ^: N3 b
6 r  |$ W1 g$ e+ J+ y0 YCPE        31.4kg
' H! T1 P* v, d+ E/ _- I7 WDOP        7.5kg
8 B2 k/ |8 B- A4 z/ N0 `2 y, uPL-400        2.5kg        Trimethylpropane / Trimethacrylate
( r. u8 y7 T6 [0 lMVR        22.68kg
CaCO3        17.5kg
MgO        3.5kg
& h8 W1 h* {% u/ Y' d617-A        1.3kg
4 W6 n. K. y$ q. f% LLubricant        0.4kg
I-1010        0.4kg
7 D! Z; s4 [1 l3 O( oStabilizer        1.3kg
Peroxide, DCP        2.5kg
Sb2O3        2.8kg

吕佳乐

谢谢楼主。。辛苦了。。

TZTCXJ

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