|
| |
| 非金屬礦粉體在橡膠制品中的應用狀況 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-09-01 08:52:32 瀏覽次數： |
|
| |
1、橡膠的含義
橡膠是一種高彈性的高分子化合物。它具有其它材料沒(méi)有的高彈性，因而也被稱(chēng)為彈性體，其特征就是分子量巨大，而且分布之泛從數十萬(wàn)到上百萬(wàn)。這也是決定了橡膠成為工程材料的特定原因。
2、橡膠材料的特點(diǎn)
橡膠材料具有如下特點(diǎn)：
（1）具有高彈性：
橡膠的彈性模量小，一般在1～9.8MPa，伸長(cháng)率最高可達1000%，適應溫度從-50°C～200°C。
（2）具有粘彈性：
由于大分子間作用力的存在使得橡膠受外力作用產(chǎn)生形變時(shí)會(huì )受到時(shí)間、溫度以及各種介質(zhì)的影響表現出明顯的應力松弛和蠕變現象。在振動(dòng)或交變應力的作用下產(chǎn)生滯后損失。
（3）具有緩沖減震作用：
橡膠對聲音及振動(dòng)的傳播有緩和作用，可用于防震降噪。
（4）電絕緣性：
橡膠和塑料一樣是一種很好的絕緣材料。
（5）對溫度具有依賴(lài)性：
橡膠在低溫時(shí)處于玻璃態(tài)變硬變脆；在高溫時(shí)發(fā)生軟化，熔融、氧化、分解以至于燃燒。
（6）具有老化性：
橡膠和金屬、木材一樣，會(huì )隨時(shí)間的延長(cháng)性能逐漸下降，壽命縮短。
（7）必須硫化：
橡膠必須在加入硫磺或其它交聯(lián)劑的條件下使自身硫化，即通過(guò)此反應使橡膠線(xiàn)型大分子變成網(wǎng)狀結構從而變成具有使用價(jià)值的橡膠制品。
（8）必須加入配合劑
為了獲取各種各樣的性能要求，必須在橡膠中加入各種各樣的配合劑，如硫化劑、活性劑、促進(jìn)劑、補強劑、填充劑、防老劑、軟化劑等等。
3、非金屬礦粉體在橡膠制品中的應用
非金屬礦粉體在配合劑中屬于補強填充劑，用量占到常規制品配合劑總量的60～90%，占常規制品總質(zhì)量的30～70%，用量巨大，附加價(jià)值高，是橡膠中不可或缺的原材料，在橡膠制品中具有重要的意義，所以加快非礦粉體的技術(shù)創(chuàng )新和產(chǎn)業(yè)升級將對促進(jìn)我國橡膠制品的發(fā)展，提高國際競爭力，具有重大意義。
3.1 填充劑在橡膠中的應用
在大多數情況下，橡膠都不是單獨使用的，而是要混合各種配合劑，填充劑就是重要的配合劑之一。填充劑——顧名思義是一種填充物，所以也稱(chēng)填料。它對于改進(jìn)橡膠制品的性能，降低成品，有著(zhù)十分重要的意義。
3.2 使用填充劑的目的
（1）增大容積，降低成本
（2）改進(jìn)混煉膠性能，如調節可塑度、粘性、防止收縮、提高表面性能。
（3）改進(jìn)硫化制品性能，增加抗張強度、抗撕強度、耐磨耗性，調節硬度、彈性率，改進(jìn)耐熱性、耐油性、耐候性、電性能等
（4）發(fā)揮其它作用
3.3 填充劑的性能對橡膠的影響
（1）對粒子大小的影響
填充劑粒子很細，對橡膠抗張強度、抗撕強度、耐磨耗性能等機械強度的作用大，價(jià)格很高。
（2）對粒子形狀的影響
粒子形狀有很多種，如球狀、立方體狀、針狀、板狀等等。它們對混煉膠的流變性能、硬化膠的硬度、彈性、抗張強度、永久變形生熱等性能有影響。
（3）對粒子表面性質(zhì)的影響
表面性質(zhì)主要取決于晶體結構、對物質(zhì)的吸附能力以及表面毛細管等。它會(huì )影響對橡膠的浸潤性、分散性、硫化性、補強性、耐老化性等。對于粒子表面活性不大的填充劑，可使用適當的有機或無(wú)機物質(zhì)進(jìn)行表面處理，使表面活化，以提高補強效果。
3.4 輕質(zhì)碳酸鈣的應用
（1）在橡膠制品中的應用
輕質(zhì)碳酸鈣是橡膠工業(yè)中使用最早、量最大的填充劑之一，輕質(zhì)碳酸鈣大量填充在橡膠之中，可以增加制品的容積，從而節約昂貴的天然膠達到降低成本的目的。同時(shí)，由于碳酸鈣的加入可以改善或加強橡膠硫化體的抗張強度和耐磨性，提高抗撕裂強度，并且在天然膠和合成膠中有顯著(zhù)的補強作用，同時(shí)可以調整混煉膠的門(mén)尼粘度，增加可塑性，有利于成型，使產(chǎn)品尺寸更加穩定。
（2）碳酸鈣在膠鞋中的應用
碳酸鈣在全膠鞋中有不可替代的作用，并且在膠鞋工業(yè)中應用最廣、用量最大。在膠鞋中大抵占到質(zhì)量的20～60%，面皮占到質(zhì)量的30～50%，在一些橡膠制品中可占到80%。
碳酸鈣，尤其是輕質(zhì)碳酸鈣，粒徑約為0.5～6μm，呈堿性，粒子成片狀、粒狀和紡錘狀。尤其是紡錘狀碳酸鈣在壓延制品中如全膠鞋、膠布、膠帶、膠片等制品中，可以使制品表面光滑、尺寸穩定，提高擠出性能、增加塑性、方便成型、降低生產(chǎn)成本，是膠鞋制品不可替代的填充劑。
若碳酸鈣經(jīng)過(guò)深加工制成活性碳酸鈣，可以用于淺色制品的補強，提高在橡膠中的分散性，代替或部分代替白炭黑，提高硫化膠成品的拉伸強度、抗撕裂強度和耐磨性，同時(shí)也提高了制品的耐曲撓性和耐疲勞性。
膠鞋行業(yè)離不開(kāi)碳酸鈣，可以說(shuō)沒(méi)有碳酸鈣就做不出來(lái)漂亮的全膠鞋。我國全膠鞋行業(yè)承擔著(zhù)全世界60～70%的產(chǎn)量，每年出產(chǎn)上億雙。按每雙400g計算，一年消耗碳酸鈣40萬(wàn)噸。從整個(gè)行業(yè)看，我國是世界耗膠大國，目前年耗膠量370萬(wàn)噸。按100份橡膠平均加入40份碳酸鈣，則需要150萬(wàn)噸左右。還有油漆、涂料、造紙、食品添加等多個(gè)領(lǐng)域的應用。
所以國內輕質(zhì)碳酸鈣市場(chǎng)需求旺盛，但為了適應國民經(jīng)濟的發(fā)展需要，碳酸鈣必須走循環(huán)經(jīng)濟、可持續發(fā)展之路，綜合利用清潔化生產(chǎn)、使企業(yè)向著(zhù)大型化，產(chǎn)品功能化、專(zhuān)業(yè)化、精細化方向發(fā)展，采用新工藝、新設備，根據市場(chǎng)要求研發(fā)新產(chǎn)品，從而滿(mǎn)足不斷變化的市場(chǎng)需求。
北京華騰橡塑乳膠制品有限公司消費輕質(zhì)碳酸鈣 1600噸/年，價(jià)格700~800元/噸；消費重質(zhì)碳酸鈣600噸/年，價(jià)格350~450元/噸。
3.5 高嶺土在全膠鞋中的應用
在橡膠制品中，高嶺土是僅次于碳酸鈣的重要填料之一，同時(shí)對橡膠具有弱的補強作用，主要由巖石中火成巖、水成巖等母巖在自然風(fēng)化作用下分解而成，主要成分為二氧化硅、氧化鋁、水等，此外還含有鐵、堿金屬、堿土金屬等等。
由于高嶺土的PH值一般在4～5左右，呈弱酸性，配入橡膠中有延遲硫化作用。還由于它有弱的補強效果，可用作天然橡膠、合成橡膠、膠乳和樹(shù)脂的補強填充劑。含高嶺土的膠料加工容易，擠出物表面光滑、增大挺性和減少收縮率。同時(shí)也是炭黑和石墨的分散劑，故易與炭黑并用。
也由于高嶺土的層狀結構，層間由氫鍵聯(lián)結，表面呈電中性，具有低的粘度、良好的流動(dòng)性和分散性，所以擠出性能很好，而對于表面要求光滑平整的全膠鞋鞋面則不適合。但由于高嶺土可以顯著(zhù)提高硫化制品的機械物理性能，特別是其在彈性抗屈撓和伸長(cháng)率等方面的特點(diǎn)，非常適合在大底、圍條、包頭、襯皮、中底、鞋跟等部件中大量使用。一般用量可加到10～30份質(zhì)量比。還由于高嶺土的組成成分為二氧化硅和氧化鋁，其化學(xué)性質(zhì)穩定，所以對于特種全膠鞋如消防、耐油、耐酸堿、電絕緣等多種鞋是必須要填充的材料。對于有的產(chǎn)品鞋來(lái)說(shuō)甚至要加到60份。
由于特種鞋價(jià)格較高，大部分在出口。而我國幅員遼闊，地區、氣候、生活習慣、工作性質(zhì)的差異較大，隨著(zhù)我國經(jīng)濟的增長(cháng)，生活水平的提高和勞動(dòng)保護的加強，國內市場(chǎng)潛力巨大。
就目前看，膠鞋行業(yè)2000多家工廠(chǎng)按中等規模、每雙鞋按200g計算，全國就需要總重為20萬(wàn)噸的高嶺土，還不包括旅游鞋、皮鞋等鞋用大底膠料。
近年來(lái)，隨著(zhù)生產(chǎn)技術(shù)手段的提高和科技的進(jìn)步，對高嶺土進(jìn)行深加工，對其表面性活性進(jìn)行改性，使之與橡膠分子進(jìn)行很好的結合，形成物理吸附、化學(xué)吸附、氫鍵、甚至化學(xué)鍵，取代部分炭黑做為橡膠的補強劑。所以高嶺土的發(fā)展在我國大有可為。
北京華騰橡塑乳膠制品有限公司消費高嶺土400噸/年，價(jià)格1000~1200元/噸。
3.6 滑石粉在全膠鞋中的應用
滑石粉主要成分為含水硅酸鎂，優(yōu)質(zhì)純品為白色結晶，含有雜質(zhì)者呈淡黃、淡綠、淡藍等顏色?；瘜W(xué)性質(zhì)穩定。消石粉在橡膠中主要用作隔離劑和表面處理劑，大量應用于外觀(guān)表面要求不高的膠布制品中，如雨衣布、防水布、工程襯布等等。而對于全膠鞋來(lái)講，由于它的化學(xué)性質(zhì)穩定，多被用于耐酸、耐堿、耐熱和絕緣鞋中。
對合成膠而言，它是具有一定補強作用的。同時(shí)它可以降低混煉膠的門(mén)尼粘度，所以非常適合橡膠的注射成型加工。
近年來(lái)，大量的改性滑石粉開(kāi)始出現。由于滑石粉與有機高聚物間的界面性質(zhì)不同，相容性差，因而在橡膠中難以均勻分散。加入量多會(huì )導致橡膠制品的基本力學(xué)性能下降，極易脆化。而通過(guò)改性，提高其與橡膠的相容性，使橡膠制品的拉伸強度、伸長(cháng)率指標得以提高，填充量也可以加大，達到降低成本的目的。
3.7 重晶石在全膠鞋中的應用
重晶石學(xué)名硫酸鋇。由于硫酸鹽的化學(xué)性質(zhì)穩定，在全膠鞋中主要應用于特種鞋，如耐化學(xué)試劑、防滑鞋、防化服等產(chǎn)品。由于比重大，一般硫酸鋇很少用于常規鞋和民用鞋，有些大量用于特殊膠板、膠帶。
北京華騰橡塑乳膠制品有限公司消費重晶石150噸/年，價(jià)格900~1000元/噸。
3.8 云母粉在膠鞋中的應用
云母粉的主要成分為二氧化硅和氧化鋁。由于云母粉具有良好的彈性、韌性、絕緣性、耐高溫性、耐酸堿性、耐腐蝕性、附著(zhù)力強等特點(diǎn)，廣泛應用于阻燃靴、絕緣鞋、耐酸堿鞋等特種鞋之中。
同時(shí)云母粉也廣泛應用于高阻尼減震橡膠配件中，由于云母粉為片狀，直徑與厚度的比值很高，加入橡膠中能在材料內形成層層阻隔。這種阻隔作用也被稱(chēng)之為屏蔽效應和迷宮效應，使有害物質(zhì)難以進(jìn)入材料，而膠料在壓延、拉伸作用下，在橡膠內形成層層排列，其取向與橡膠表面平行，與氣體穿透方向垂直。由于這些特性，云母粉廣泛應用于阻尼簾布、膠布、膠片隔離層以及各種減震墊中。
3.9 白炭黑在橡膠中的應用
通用型白色填料中，白炭黑是唯一的一種可以與炭黑相當的白色補強性填充劑。
白炭黑的制造研究始于本世紀三十年代，特別是第二次世界大戰期間，德國基于炭黑的不足，極力尋求替代品，加強了對白炭黑的研究，并最終實(shí)現了白炭黑的工業(yè)化生產(chǎn)。其后，美、英、日、蘇等國也先后發(fā)展了白炭黑的生產(chǎn)。白炭黑的制造方法很多，目前使用最多的是氣相法和沉淀法兩種。
在各種膠鞋中，由于對色澤的要求，不言而喻白炭黑用于白色或淺色橡膠的填充補強。在各種鞋用大底如旅游鞋、登山鞋、皮鞋中是不可替代的材料。由于白炭黑含有氫，也多用于各種粘合劑、增粘劑。
總之，應用于橡膠制品中的填料很多，如碳酸鎂、碳酸鋇、氧化鋁、氧化鈦、各種金屬粉、硅藻土、云母粉、硅酸鈣、各種短纖維等，材料非常多。隨著(zhù)科技的發(fā)展，特種橡膠制品越來(lái)越多、應用領(lǐng)域也越來(lái)越廣，我們渴望能有更多的創(chuàng )新礦粉可以加到橡膠中，從而充實(shí)我國國家實(shí)力。
作者：郝孝青，北京華騰橡塑乳膠制品有限公司
?歡迎進(jìn)入【粉體論壇】
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
