（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）隨著(zhù)橡膠應用領(lǐng)域的擴展, 無(wú)機填料在橡膠工業(yè)中的地位越來(lái)越突出, 特別是隨著(zhù)現代材料改性技術(shù)的發(fā)展, 很多改性無(wú)機填料被賦予了獨特的性能, 如耐磨性、導電性、導熱性、阻燃性、耐腐蝕性、氣密性等。
橡膠工業(yè)對被用作填料的礦物無(wú)機材料有一定的要求, 如顆粒大小和形狀、表面性質(zhì)和物化性能等, 符合要求的填料, 才能在橡膠工業(yè)中發(fā)揮應有的作用。
1 橡膠工業(yè)中無(wú)機填料的應用現狀
盡管無(wú)機填料的品種很多, 但真正在橡膠工業(yè)中廣泛使用的主要有2種: 硅酸鹽類(lèi)與碳酸鈣類(lèi)。
1.1 硅酸鹽類(lèi)無(wú)機填料
硅酸鹽類(lèi)無(wú)機填料主要有陶土、滑石粉、云母粉、石棉粉等。
陶土
包括高嶺土、瓷土、白土、皂土或純凈粘土，是橡膠工業(yè)用量最大的礦物填料，用量約占礦物填料總量的59%。其主要成分為氧化鋁和氧化硅的結晶化合物。按粒徑大小，陶土可分為硬質(zhì)陶土、軟質(zhì)陶土、高級陶土。
a. 硬質(zhì)陶土中粒徑不大于2μm 的組分占80%以上，粒徑不小于5μm 的組分占4% ~ 8%，比表面積為22~ 26m2 g-1。硬質(zhì)陶土在橡膠中有半補強作用，能改善硫化膠的物理性能，是目前橡膠中用量最大的無(wú)機填料品種。
b. 軟質(zhì)陶土中粒徑不大于2μm 的組分占50% ~ 74% ，粒徑不小于5μm 的組分占8% ~30%，比表面積為9~ 17 m2g-1，軟質(zhì)陶土在橡膠中無(wú)補強作用，硫化膠的物理性能差。
c. 高級陶土的粒徑小于1μm，含少量有機物,微量吸濕性。在橡膠中加入陶土對膠料性能有較大影響。如隨著(zhù)用量增大, 硬質(zhì)陶土可使膠料的塑性較大幅度下降, 軟質(zhì)陶土使膠料塑性有一定程度下降,但兩者都能減小膠料收縮率, 使膠料表面光滑。隨著(zhù)陶土用量增大, 膠料的拉伸強度、定伸應力、耐磨性均有不同程度的提高, 用量為20份最好,拉斷伸長(cháng)率則隨陶土用量增大而下降。陶土屬異軸結晶系, 各向異性, 其膠料的抗撕裂性能較差,但用于丁基橡膠卻能改善其抗撕裂性能。硬質(zhì)陶土膠料比軟質(zhì)陶土膠料的抗撕裂性能好。由于硬質(zhì)陶土粒徑比軟質(zhì)陶土小, 其膠料生熱比軟質(zhì)陶土膠料高, 軟質(zhì)陶土膠料的回彈性高于硬質(zhì)陶土膠料, 硬質(zhì)陶土膠料的永久變形比軟質(zhì)陶土膠料小, 硬質(zhì)陶土膠料龜裂增長(cháng)速度比軟質(zhì)陶土膠料慢。
滑石粉
是由天然滑石經(jīng)干法或濕法粉碎或高溫煅燒而得, 是六方或菱形結晶顆粒, 粒徑為1. 3~ 1.49μm 。其化學(xué)組成為水合硅酸鎂，用作橡膠填充劑、增容劑、隔離劑及表面處理劑。
云母粉
由天然云母礦石經(jīng)干法或濕法研磨制得，其化學(xué)成分為硅酸鉀鹽，用作橡膠填充增量劑。絹云母粉有補強效能，可替代部分半補強炭黑使用，還可用作隔離劑，由于屬單斜晶系，結晶呈薄片狀，能提高橡膠的阻尼性能。云母粉具有良好的耐熱、耐酸性能和電絕緣性能，還有防護紫外線(xiàn)和放射性輻射的功能，可用于特種橡膠制品。
石棉粉
由天然石棉礦加工制成，其化學(xué)組成為含鎂、鐵、鈉的硅酸鹽，呈纖維狀結晶。它對橡膠有補強作用，突出的優(yōu)點(diǎn)是隔音、隔熱、耐酸、耐堿和絕緣，也可用作隔離劑。
長(cháng)石粉
由天然花崗巖經(jīng)浮選，除去二氧化硅、云母后再研磨制得。其化學(xué)成分為無(wú)水硅酸鋁，鈉氧化物、鉀氧化物、鈣氧化物含量不同，分別有不同含量的鈉長(cháng)石、鉀長(cháng)石和鈣長(cháng)石。長(cháng)石粉用于膠乳, 不破壞皂液性質(zhì)，能防止附聚作用，亦可用作丁苯橡膠和聚氨酯橡膠的填充劑。
煤矸石粉
由天然煤矸石經(jīng)研磨而得，其化學(xué)組成類(lèi)似高嶺土，即為氧化硅和氧化鎂的混合物，揮發(fā)成分含量高達27% 。煤矸石粉有半補強效能，俗稱(chēng)硅鋁炭黑，易混入橡膠，分散性好，可替代部分炭黑作補強劑使用。
海泡石粉
由天然硅酸鎂粘土礦經(jīng)精選、深加工制得，其化學(xué)組成為氧化硅和氧化鎂的水合物，含少量鋁氧化物和鐵氧化物。海泡石粉在淺色橡膠制品中用作補強劑，性能僅次于白炭黑。
凹凸棒土粉
由蒙脫石等硅酸鋁鎂類(lèi)礦物精選加工制得，其化學(xué)成分為硅、鋁氧化物, 含少量鐵氧化物、鈣氧化物、錳氧化物，白色纖維狀結晶，表面有凹凸溝槽，故得此名。凹凸棒土粉是半補強類(lèi)型填充劑，能使擠出和壓延膠料表面光滑。
1.2 碳酸鈣類(lèi)無(wú)機填料
碳酸鈣類(lèi)無(wú)機填料主要包括重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣。
重質(zhì)碳酸鈣
是由天然大理石、石灰石、白堊、方解石、白云石或牡蠣、貝殼等經(jīng)粉碎、風(fēng)選制得。按粒徑大小，重質(zhì)碳酸鈣粉可分為三飛粉和四飛粉等。重質(zhì)碳酸鈣粒徑一般在10μm左右，用于橡膠時(shí)主要起填充增容作用，無(wú)補強效能。
輕質(zhì)碳酸鈣
輕鈣的粒徑在0. 01~ 6μm 之間，經(jīng)化學(xué)沉淀法制得，有補強效果。輕質(zhì)碳酸鈣按粒徑大小分為普通輕質(zhì)碳酸鈣、超細碳酸鈣、納米碳酸鈣。超細碳酸鈣和納米碳酸鈣的粒徑在0.01~ 0.1μm之間，有較好的補強效果。
2 我國無(wú)機填料品種和產(chǎn)業(yè)存在的不足
目前我國的無(wú)機填料生產(chǎn)企業(yè)多是由原先規模較小的鄉鎮企業(yè)轉化而來(lái)的民營(yíng)企業(yè), 因此大多存在規模小、技術(shù)弱、創(chuàng )新慢、層次低的通病, 而這些不足帶來(lái)的另一個(gè)通病是品種單一, 技術(shù)含量低, 產(chǎn)品附加值低, 如目前在橡膠企業(yè)中使用較多的水洗硬質(zhì)陶土的價(jià)格基本上在每噸600元以下。產(chǎn)品的低附加值使企業(yè)無(wú)力在產(chǎn)品的技改上加大投入, 也缺乏引入高素質(zhì)人才的基礎, 使陶土生產(chǎn)企業(yè)始終在低水平層次上苦熬日子。而同樣的水洗陶土, 國外產(chǎn)品由于進(jìn)行了特殊的生產(chǎn)工藝及后續加工, 每噸價(jià)格超過(guò)3000元, 特殊的產(chǎn)品如用作橡膠膠片隔離劑的預處理陶土, 每噸售價(jià)甚至超過(guò)6000元。
碳酸鈣行業(yè)的處境比陶土行業(yè)略好一些, 但陶土行業(yè)存在的2個(gè)通病碳酸鈣行業(yè)同樣也存在。之所以目前碳酸鈣行業(yè)的處境比陶土行業(yè)強一點(diǎn), 是因為碳酸鈣行業(yè)還有較高比例的國有企業(yè)的優(yōu)勢, 如原先的上海碳酸鈣廠(chǎng)、浙江菱湖輕鈣廠(chǎng)、黃石碳酸鈣廠(chǎng)等一批國有企業(yè), 由于技術(shù)力量較強, 加上行業(yè)技術(shù)交流多, 使碳酸鈣行業(yè)的技術(shù)與國際先進(jìn)水平的差距在10年以?xún)? 典型的例子如日本在20世紀70年代中期開(kāi)發(fā)出準納米輕質(zhì)碳酸鈣，上海碳酸鈣廠(chǎng)在20 世紀80 年代初也開(kāi)始生產(chǎn)同類(lèi)產(chǎn)品，活性輕質(zhì)碳酸鈣和超微細輕質(zhì)碳酸鈣。但是, 隨著(zhù)國有企業(yè)的倒閉與轉制, 行業(yè)缺乏新技術(shù)的補充, 行業(yè)的技術(shù)交流名存實(shí)亡, 使我國碳酸鈣行業(yè)與國外特別是與日本的碳酸鈣行業(yè)的差距迅速拉大, 以納米碳酸鈣為例, 在日本, 納米碳酸鈣在輕質(zhì)碳酸產(chǎn)品中的比例已超過(guò)70%, 而我國的比例還不到5% , 而且有相當比例的國產(chǎn)納米碳酸鈣的品質(zhì)存在不足, 不能與進(jìn)口產(chǎn)品相比, 使我國雖然已是輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)大國, 但高端的輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品還得靠進(jìn)口。
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