填料在橡膠產品的作用及用量

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　　橡膠工業大量使用填料作配合劑，其用量僅次于橡膠耗用量。補強填料用于橡膠，不僅能提高橡膠制品的強度，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。非補強填料用于橡膠，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。

　　橡膠產品對填料的要求

　　1一般要求

　　（1）補強填料粒子表面要有強的化學活性，能與橡膠產生良好的結合，能改善硫化膠的力學性能、耐老化性能和粘合性能。非補強填料粒子表面呈化學惰性，和橡膠不產生化學結合，不影響硫化膠的力學性能及耐候性、耐酸堿性和耐水性。

　　（2）有較高的化學純度，細度要均勻，對橡膠有良好的濕潤性和分散性。

　�。�3）不易揮發，無臭、無味、無毒，有較好的貯存穩定性。

　　（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）價廉易得。

　　2-性能要求

　　（1）細度：一般說，補強填料顆粒越細，比表面積越大，和橡膠接觸面積也越大，補強效果越好。非補強填料顆粒越細，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，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容易產生定向排列，導致永久變形增大，抗撕裂性能降低。補強填料中炭黑和白炭黑為無定形，其他填料也有結晶型的。比如硅微粉雖與白炭黑化學成分均為二氧化硅，但前者為結晶型，后者為無定型。結晶型填料又分為異軸結晶和等軸結晶兩種。同軸結晶x、y、z三軸相似，各向同性。異軸結晶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、硅藻土屬異軸結晶系。碳酸鈣為等軸結晶系。要求耐磨和耐撕裂性能好的橡膠制品，不宜用異軸結晶系物質作補強填料。

　　（3）表面性質：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強效能有很大影響。不易濕潤的顆粒，在橡膠中不易分散，容易結團，降低其補強效能。這種狀況可以通過添加某些有助于增加濕潤的物質得以改善。例如補強效能很小的碳酸鈣，加入脂肪酸后，降低了表面張力，增加了濕潤程度，提高了補強效果。

　　炭黑是橡膠的主要補強填料，其成分90%~99%是元素碳，其余是少量揮發分和水分。在炭黑生產過程中，其表面吸附或結合了少量羧基、醌基、酚基、內酯基等化學基團。過去曾經認為炭黑的補強效能僅取決于其粒徑（比表面積）大小及結構性，而與其表面的化學性質無關。近年來大量研究結果表明，炭黑粒子表面的化學基團在混煉過程中能與橡膠起化學反應，使結合膠增加，進而增進了硫化膠的力學性能和耐老化性能。

　　白炭黑粒子表面化學基團與炭黑完全不同。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。呈酸性會遲延硫化速度，呈堿性則會加快硫化速度。白炭黑表面微孔多，吸濕性強，對補強不利。用硅烷偶聯劑對其表面進行改性處理，能克服其弊端，改善其補強性能。對非金屬礦物粉體填料進行表面改性處理，也有很好的應用效果。

　　3、填料在橡膠產品中的用量

　　在橡膠產品中，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。在產品配方中，如以生膠用量為100計，補強填料用量約為50,非補強填料用量約為25,這是對各類橡膠產品總和而言。具體到每一種產品，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。基本上不用非補強填料，或用少量陶土。內胎膠中可用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。

　　從上述實例可以看出，在各類橡膠產品中大量使用補強填料和非補強填料，不同產品使用填料類型和品種不同，其用量相差很大。實際使用時要根據橡膠制品的性能要求進行配方設計，選擇膠種，加入補強填料以改善力學性能，加入非補強填料改善加工性能，降低生產成本。通過硫化體系和防護體系的調整使配方優化。這是生產優質橡膠產品的基礎。

　　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。橡膠制品生產廠家可以根據產品性能要求和價格選用不同的填料，通過配方試驗確定其最佳配用量。

　　參考文獻：

　　[1]呂百齡，中國橡膠工業的現狀和前景展望，《聚合物與助劑》，2003,（1）：1-4

　　[2]于清溪等，橡膠原材料手冊，化學工業出版社，1996年1月，北京。

　　[3]劉伯元等，中國非金屬礦開發與應用，冶金工業出版社，2003年1月，北京