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橡膠中的無機礦物填料介紹
? ? 橡膠填料，也被稱為橡膠填充劑，指的是能提高橡膠加工性能、改進(jìn)物性（如強度、耐用性等）、增加體積、降低成本的物質(zhì)，在橡膠領(lǐng)域中占有非常重要的地位。
? ? 多年來，無機礦物粉體作為降低成本、改進(jìn)加工性能的填充劑，在各種橡膠制品中被大量使用。隨著超細(xì)粉碎和表面改性技術(shù)的進(jìn)步，無機礦物填料越來越受到橡膠領(lǐng)域的青睞。
1、陶土
陶土是主要由水云母、高嶺石、蒙脫石、石英及長石所組成的粉砂-砂質(zhì)粘土，通常依據(jù)粒子大小（2～5μm）和組成比例又有硬質(zhì)陶土、軟質(zhì)陶土之分，粒徑小于1μm的稱為高級陶土，溶解精制的叫再生陶土。
（1）硬質(zhì)陶土，是粒徑為2μm的粒子占80%以上的硅酸鋁，表面積22-26m2/g。主要特點是加入膠料后膠料塑性增大，表面光滑，拉伸收縮永久變形小，但撕裂強度下降。它具有介于半補強炭黑和熱裂法炭黑之間的補強效能，在橡膠工業(yè)中的用量約占礦物填料的一半左右。
（2）軟質(zhì)陶土，2μm粒徑的粒子占50%-74%，表面積9-17m2/g，幾乎無補強效果，只起增量作用。
（3）活性陶土，經(jīng)過有機物改性處理，粒徑已小于1μm，略帶吸濕性，補強性高于硬質(zhì)陶土。
（4）煅燒陶土，由天然硅酸鋁兩種氧化物混合，在高溫下煅燒而制得的無水硅酸鋁，粒徑為1.0-1.5μm，pH值4.5-6.5，吸潮性低，收縮變形小，其補強性優(yōu)于硬質(zhì)陶土，現(xiàn)已成為陶土的主流。
（5）精制高級陶土，是陶土經(jīng)過粗碎、提純、剝片、表面改性和再粉碎加工處理，純度達(dá)97%以上，片層厚度20-50μm，平均粒徑300μm，少有聚集體和凝聚體，顯示出非常好的分散性和氣密性，并具有一定強度和耐磨耗性。
（6）納米陶土，尺寸為300nm，較之納米材料（1-100nm）要求尚有一步之遙，但經(jīng)過各種硅烷處理的NK70、NK80和NK85等改性陶土，其補強性能已大大超出了鍛燒陶土和高級陶土。拉伸強度已接近（用于丁苯橡膠）和超過（用于天然橡膠、乙丙橡膠）白炭黑的水平，且硬度低、彈性高、伸長大，定伸應(yīng)力只有其他品種的一半到2/3，同時它非常容易混煉加工。
（7）改性陶土，不僅適合于單一大量填充，若與白炭黑組合一起使用更能彌補白炭黑的不足，收到良好的協(xié)同效應(yīng)。特別是它所具有的良好的氣密性，已成為輪胎氣密層、硫化氣囊和球膽等產(chǎn)品的不可多得的補強填料。
2、滑石粉
滑石粉是天然滑石經(jīng)干法、濕法粉碎或高溫鍛燒制得，化學(xué)成分為水合硅酸鎂或無水硅酸鎂。粒徑從1.3μm到100μm，呈六方或菱形結(jié)晶，有耐酸性，普通滑石粉主要作為填充增量劑，更多地用作隔離劑、表面處理劑。對于超細(xì)滑石粉來說，補強效果好，如果將其作為橡膠填料，橡膠本身所具備的拉伸強度等于白炭黑產(chǎn)生的效果。
3、重質(zhì)碳酸鈣、貝殼粉
重質(zhì)碳酸鈣，是由石灰石、大理石、方解石、白堊、牡蠣、貝殼等碳酸鈣鹽礦物通過粉碎制得，碳酸鈣含量在90%-95%以上，粒徑1-10μm。主要特點是填充性特別強，易于混合分散，配合量可達(dá)橡膠量的100%-250%，是橡膠工業(yè)中主要的低成本填充材料。
4、輕質(zhì)碳酸鈣
輕質(zhì)碳酸鈣主要是由石灰石鍛燒的生石灰加水沉淀，通入碳酸氣而制得的，碳酸鈣含量在96%以上，粒徑0.5-1.0μm，可通過控制反應(yīng)條件而得到不同粒徑和形狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，是橡膠工業(yè)最為普遍使用的廉價填充增量劑。
5、活性碳酸鈣
用有機物對進(jìn)行活化處理，可以得到粒子微細(xì)、帶有凝聚結(jié)構(gòu)的活性碳酸鈣，能賦予從微半補強到補強的性能。主要特點是填充量大、易擠出、光澤性好，硬度低、伸長率大，力學(xué)性能可超過陶土達(dá)到半軟質(zhì)炭黑的水平，故稱之為超微細(xì)活性碳酸鈣或補強碳酸鈣，粒子進(jìn)入到納米范圍的則稱作納米活性碳酸鈣。
6、蒙脫石粉
蒙脫石粉由蒙脫石經(jīng)精選加工制成從微米到納米級的白色片層狀結(jié)晶粉末，化學(xué)成分以硅、鋁的氧化物為主，含有少量鐵、鈣、錳的硅酸鹽。屬于半補強類填料，表面光滑，容易加工分散。
近年經(jīng)改性開發(fā)的納米蒙脫石粉的粒徑已接近納米尺寸，補強性能已提高到相當(dāng)于半補強炭黑的水平，使用范圍正在不斷擴展。
7、葉臘石粉
葉臘石粉是一種由二氧化硅和三氧化二鋁組成的硅酸鹽，性質(zhì)上呈化學(xué)惰性，絕緣，耐火、耐酸。經(jīng)超細(xì)粉碎和表面處理的葉臘石粉也能賦予以補強性，成為陶土的代用品。
8、長石粉
長石粉為由天然花崗巖經(jīng)浮選除去二氧化硅、云母之后粉碎成的無水硅酸（二氧化硅68%+三氧化二鋁20%）與鈉、鉀、鈣的氧化物。根據(jù)其成分的不同，還有納長石粉、鉀長石粉、鈣長石粉之分，在橡膠中有防止附聚的功能。粒徑為4-12μm僅作橡膠的填充增量劑，沒有什么補強作用。
9、霞石粉與浮石粉
霞石粉、浮石粉的二氧化硅含量在72%左右，三氧化二鋁含量在16%以上，并含少量的鈉、鉀、鈣等氧化物。粒徑為5-15μm，因無任何補強效能，僅用于硬質(zhì)膠的填充劑和作為橡膠的研磨劑使用。
10、硅灰石粉
硅灰石粉為由天然硅灰石礦粉碎而成，二氧化硅含量51%，氧化鈣含量48%，呈針狀結(jié)晶。粒徑3.5-10μm，可對其表面進(jìn)行改性處理，性能同碳酸鈣類似，易混合加工，可縮短硫化時間，僅作填充增量劑使用。
11、硅酸鈣
硅酸鈣是由氯化鈣與硅酸鈉反應(yīng)制成，含二氧化硅65%，氧化鈣19%。粒徑為0.2-0.3μm，最細(xì)的可達(dá)30-50nm，補強性能已近似白炭黑，常作為白炭黑的廉價替代品使用。
另外，在以硅灰石（白陶土）加燒堿經(jīng)水玻璃沉淀制造白炭黑的反應(yīng)過程中可聯(lián)產(chǎn)硅酸鈣，也同樣生成含水硅酸鈣，用作低成本的補強填料。
12、煤矸石粉
煤矸石粉為由天然煤矸石粉碎研磨而得，是二氧化硅與氧化鎂的混合物。粒徑在1μm以下，易混合分散，略有半補強性能，近年用量在逐步擴充。
13、海泡石粉
海泡石粉由天然硅酸鎂礦精選深加工制得，是以二氧化硅和氧化鎂為主的水合物，其微細(xì)物有一定補強作用。
14、伊利石
伊利石具有較好的分散性，而且內(nèi)部的錳、銅等有害元素含量較低，改性后，可以作為橡膠的充填劑。伊利石經(jīng)過改性后，添入橡膠當(dāng)中，拉伸強度能夠達(dá)到27.4MPa，與輕質(zhì)碳酸鈣以及炭黑礦物質(zhì)相比，添加伊利石的橡膠不易老化，定伸應(yīng)力介于二者之間，而橡膠的硬度與拉斷伸長率均沒有較大起伏。
15、重質(zhì)碳酸鎂
重質(zhì)碳酸鎂由白云石經(jīng)粉碎加工而成，故亦稱白云石粉。多為碳酸鎂與碳酸鈣的混合物，即MgCa（CO3）2，屬于填充性增量劑。
16、輕質(zhì)碳酸鎂、堿式碳酸鎂
輕質(zhì)碳酸鎂以白云石碳化法、純堿法制得，為碳酸鎂、氫氧化鎂的結(jié)晶水組成物，氧化鎂含量41%-45%，并有少量氧化鈣，故又稱堿式碳酸鎂。特點是加入膠料后膠料的挺性好，透明性強，是膠鞋透明大底的良好補強填充材料。但它的分散性差，易焦燒，補強性能相當(dāng)于熱裂法炭黑。
17、重晶石粉
重晶石粉由天然重晶石粉經(jīng)粉碎加工制成。硫酸鋇含量在93%以上，耐酸性強，用于耐堿及防x光射線的制品。因密度大（4.3-4.6），增容效果差，作為一般填料已很少使用。
18、沉淀硫酸鋇
硫酸鋇系從可溶解鋇鹽與硫酸鹽復(fù)分解沉淀制成，亦稱沉淀硫酸鋇。硫酸鋇含量達(dá)98%以上，粒徑為2.5-25μm，填充效果高于重晶，石粉。近年來，經(jīng)脂肪酸處理活化的硫酸鋇其粒徑可達(dá)到10-100μm，表面積35.7m2/g，具有一定的補強效果，力學(xué)強度和耐磨性有所提高。
19、鋅鋇白
鋅鋇白為硫酸鋇與硫酸鋅溶液的復(fù)分解物（ZnS?BaSO4），亦稱立德粉，既是白色顏料，又是略帶補強性的填充劑。
20、石膏
天然產(chǎn)的石膏粉以及化學(xué)合成的硫酸鈣也都用作填料，可用于透明橡膠制品。
21、石墨
石墨屬于片層狀硅酸鹽類非金屬礦物，具有較好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性以及潤滑性。以石墨作為橡膠填料，與蒙脫石的處理方法類似，即將石墨應(yīng)用特殊工藝進(jìn)行分解，轉(zhuǎn)換成為納米尺寸的顆粒，當(dāng)納米顆粒與橡膠基體結(jié)合后，橡膠的各項功能指標(biāo)也得到改善。比如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、氣密性以及機械性能，都得到大幅提升。
目前，在橡膠銷售市場，一些填入膨脹石墨納米的復(fù)合橡膠材料隨處可見。這種膨脹石墨在橡膠基體內(nèi)的添加量達(dá)到5份時，橡膠的拉伸強度達(dá)到最大值，當(dāng)添加量達(dá)到10份時，橡膠表面的電導(dǎo)率變?yōu)?.1×10-9S/cm料的100倍。因此，石墨在橡膠中的應(yīng)用范圍較廣，應(yīng)用效果較好。
22、金屬氧化物
氧化鋅和經(jīng)碳酸鋅制成的活性氧化鋅早期也是主要的補強填料，近年來更提升為納米級活性氧化鋅。由菱苦土粉加工而成的重質(zhì)氧化鎂和經(jīng)堿式碳酸鎂鍛燒的輕質(zhì)氧化鎂，由鋁礬土加工而成的氧化鋁和經(jīng)化學(xué)反應(yīng)制得的氫氧化鋁（水合氧化鋁）等也都可作為填料使用。
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