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。
1．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。
(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。
$ z: A/ E( G. Q: }(3)不易挥发，无臭、无味、无毒，有较好的贮存稳定性。
  f* b  \: Z' |* ~(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。
. Q) ^. a9 J6 d2 n3 R' j, Y% f$ @(5)价廉易得。
2 W: h  w5 J/ X6 g2．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。
# F7 f$ c# O7 b0 r- ?& e# t(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。
) i  h0 }# h& y6 `" a. D(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
3 m* Q" v4 u- u" S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。
( E9 L6 ~& B% D' ?&#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。
) Y& g+ b& {& r* e# ~3 p! q1 a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。
: @- _4 p1 r/ K. k& L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

沙发，楼主辛苦了
字数你妹

欢乐宋

华老师总是会发好资料，支持！

kuhong

Luzenac美強粉應用於橡塑膠中的特性

* z: I  u. t3 b: W說明: 一.TALC簡介
8 t8 g, S. @, R: x: K   TALC的化學組成------3MgO4SiO2H2O
0 j+ @* G4 T* t2 q) @1 e   TALC的品質控制------礦型(ORE TYPE).純度(ORE PURITY)制程(PROCESSING)
   礦型------有分MACRYSTALLING及MICROCRYSTALLINE
  ]7 i- W( i# ]   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.
8 R4 I1 A6 _( d/ U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.
  　------磨細(GRINDING)目前世界上有三種設備:ROLLER MILL AIR  
9 y) I% l. n' R7 b$ GCLASSIFICATION 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.
  ------分類(CLASSIFICATION)目的在移去大的不純物,及使粒徑分佈(PARTICLE DISTRIBUTION)變窄.
  ------籍著XRF及XRD可以知道TALC的化學組成及純度.
二.Luzenac TALC最大不同
9 T; H# ^; y. r; G# g9 x# H% X    ------ 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.
. p) I$ z6 k. G4 A5 v. J& D) e------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.
, r" f: J# s9 Y* C) A橡塑膠中使用填充劑比較表

6 X! V) V. O. K+ K( k2 v填充劑种類
, {9 \1 C2 M  @$ J+ D
. m& T8 N" H; s& X# r特性        Luzenac美強粉        碳酸鈣        China滑石粉
4 |. n8 I  J) a+ l. b0 a( W外觀        纖維狀        圓狀        片狀
$ `8 G6 R5 i0 }' W% W  q2 l吸油性        高        低        中
白度        89~90        96~97        93~94
; ?8 t0 v' q" c' q. Y# L化學反應        不反應        反應        不反應
3 V6 F7 F/ N: u( a4 _剛性        優        差        好
: b% o2 d3 ~. D9 d! H滑性        好        差        優
發泡倍數        高        差        中
熱變形溫度        高        差        中
/ M2 z! j' J0 Z6 A彎曲模數        高        差        中
耐衝擊強度        高        差        中
9 G- F# s6 T, ?& U9 r: g* c  S機械磨具        小        高        小
剪切速率        不改變        改變        不改變
8 j9 {" T, M( {1 U拉伸強度        高        低        中
撕裂強度        高        低        中
成核性        優        差        可
7 I* H3 [0 O+ W: X" [( V耐候性        優        差        中
- r; Y# \) _0 B1 B3 `# w滲透性(水、氣)        不滲透        滲透        不滲透

* Q5 H! ^2 a& \: Z4 ~2 ^Luzenac美強粉應用於Wire and Cable中的特性
一.較低混合粘度
& r* r; R, T/ w$ xTable 1 粘度/加工於NBR中
黑煙(GPF Black,PHR)        100        80        60        40
美強粉        -        40        80        120
木尼粘度ML+4(100℃)        67        54        51        50
, y( B; O5 K7 X焦化時間 @125℃,min        14        16.5        18        20
(1)        改善押出比率與品質
2 P( z* H: `% o+ S7 M8 d8 f; p& K& G(2)        降低混合時間
(3)        改善初期強度與老化後物性保留
(4)        改善熱撕強度
% s$ R1 O# B3 o5 s2 h! I(5)        降低混合粘著性

, Z( W) H& a/ ?二.美強粉在橡膠中補強特性
& W' r6 o: p: _2 f7 eTable 2　無填加美強粉與有加美強粉比較
7 O6 m8 a- @9 K( o/ q彈性體        Exxon Butyl        Neoprene        Paracril
        268        Type W        Bj
美強粉填加量        0        100        0        25        0        75
延伸強度（Mpa）        1.6        17.9        19.8        28.3        3.3        13.1
$ @/ X7 |& ]4 B" S& P斷裂伸長(%)        310        750        1070        1040        435        615
) w0 g3 r; G0 Z5 P延伸模數300%        1.5        3.4        1.3        11.5        1.6        3.3
+ i" K- r- n. O; L- i( x撕裂抵抗(Dic C)(cm2)        426        1148        884        2155        568        1548
! D+ ~! P$ J5 j7 `3 ^7 _(1)        增加延伸強度               
, i3 }" Y" l5 P& Q' R(2)        增加斷裂伸長(%)            
" \* F, Q5 o, b# X* y(3)        增加延伸模數
1 \0 N% A3 V. Q7 Q( H(4)        增加撕裂抵抗
- U5 R8 v& h+ ~: T5 ^4 @! Z三.美強粉可以減少水氣與氣體滲透
' _2 P& k& H1 U9 e1 G

0 }3 T% t: i+ ?4 i9 \四.美強粉可以改善体積電阻
( k* Q# Z4 H  b5 o3 l
Mistron Vapor R- Improves Dielectric Strength in IIR (美強粉改善介電強度)
6 W2 _' ~& e* X4 g% X) W
Mineral        Calcined Clay
煅燒白土        Mistron Vapor R        CaCO3
( q  l) A# ]3 C% i# `$ I) n; BTensile Strength, MPa
抗張強度        8.62        12.76        6.38
Elongation, % 延伸率        660        610        675
300% Modulus, MPa
$ `6 Z5 Q7 f+ Y+ [模數        1.90        3.45        1.21
0 n% U5 f2 {9 |* m3 vShore A硬度        55        50        60
Dielectric Strength, v/mil
介電強度        650        1150        540
& D$ R+ P/ w; s; |1 v- L: J
Mistron Vapor R- Improves Electrical Properties in CR-W (美強粉改善介電特性)

MT 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
% C2 h) L+ q# y  d9 g6 O8 z' t: _" cElongation, %        430        440        480        270
5 F* n: a/ i4 K/ XHardness, Shore A        64        70        71        75
Tear, ppi撕烈        290        290        379        403
Compression Set, %壓縮
1 l4 B/ |# x  [, {2 v) S- 22hrs @ 70C        9.2        16.3        17.1        24.6
Dielectric Constant介電參數        17.7        10.2        7.92        5.49
% 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% w# [7 G* L: h
  T% i' p3 M8 a; Q9 J五. 美強粉可以改善加工性
1.        增加壓出電線線速
2.        降低生產設備電力損耗
配方:
CPE Cable Formulation

CPE        31.4kg
DOP        7.5kg
# l5 {+ S" g8 j+ O0 EPL-400        2.5kg        Trimethylpropane / Trimethacrylate
MVR        22.68kg
) d) l* F' {: j9 c4 U0 J& U9 K# xCaCO3        17.5kg
8 e' j8 g* E, E  I: F; M0 GMgO        3.5kg
, C0 z! i- B% t617-A        1.3kg
Lubricant        0.4kg
& _) |; z" S, v% ]+ K% vI-1010        0.4kg
Stabilizer        1.3kg
* t' Y! c& J0 Z0 {: K% xPeroxide, DCP        2.5kg
Sb2O3        2.8kg

吕佳乐

谢谢楼主。。辛苦了。。

TZTCXJ

谢谢楼主。。辛苦了。。
! N7 S5 x; l, q8 \1 r2 `