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非金屬礦粉體在橡膠制品中的應用狀況 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-09-01 08:52:32 瀏覽次數: |
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1、橡膠的含義
橡膠是一種高彈性的高分子化合物。它具有其它材料沒有的高彈性,因而也被稱為彈性體,其特征就是分子量巨大,而且分布之泛從數十萬到上百萬。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
橡膠材料具有如下特點:
(1)具有高彈性:
橡膠的彈性模量小,一般在1~9.8MPa,伸長率最高可達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生形變時會受到時間、溫度以及各種介質的影響表現出明顯的應力松弛和蠕變現象。在振動或交變應力的作用下產生滯后損失。
(3)具有緩沖減震作用:
橡膠對聲音及振動的傳播有緩和作用,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)對溫度具有依賴性:
橡膠在低溫時處于玻璃態變硬變脆;在高溫時發生軟化,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,會隨時間的延長性能逐漸下降,壽命縮短。
(7)必須硫化:
橡膠必須在加入硫磺或其它交聯劑的條件下使自身硫化,即通過此反應使橡膠線型大分子變成網狀結構從而變成具有使用價值的橡膠制品。
(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%,占常規制品總質量的30~70%,用量巨大,附加價值高,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創新和產業升級將對促進我國橡膠制品的發展,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,所以也稱填料。它對于改進橡膠制品的性能,降低成品,有著十分重要的意義。
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,改進耐熱性、耐油性、耐候性、電性能等
(4)發揮其它作用
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)對粒子表面性質的影響
表面性質主要取決于晶體結構、對物質的吸附能力以及表面毛細管等。它會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機物質進行表面處理,使表面活化,以提高補強效果。
3.4 輕質碳酸鈣的應用
(1)在橡膠制品中的應用
輕質碳酸鈣是橡膠工業中使用最早、量最大的填充劑之一,輕質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,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的補強作用,同時可以調整混煉膠的門尼粘度,增加可塑性,有利于成型,使產品尺寸更加穩定。
(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,并且在膠鞋工業中應用最廣、用量最大。在膠鞋中大抵占到質量的20~60%,面皮占到質量的30~50%,在一些橡膠制品中可占到80%。
碳酸鈣,尤其是輕質碳酸鈣,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、降低生產成本,是膠鞋制品不可替代的填充劑。
若碳酸鈣經過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,同時也提高了制品的耐曲撓性和耐疲勞性。
膠鞋行業離不開碳酸鈣,可以說沒有碳酸鈣就做不出來漂亮的全膠鞋。我國全膠鞋行業承擔著全世界60~70%的產量,每年出產上億雙。按每雙400g計算,一年消耗碳酸鈣40萬噸。從整個行業看,我國是世界耗膠大國,目前年耗膠量370萬噸。按100份橡膠平均加入40份碳酸鈣,則需要150萬噸左右。還有油漆、涂料、造紙、食品添加等多個領域的應用。
所以國內輕質碳酸鈣市場需求旺盛,但為了適應國民經濟的發展需要,碳酸鈣必須走循環經濟、可持續發展之路,綜合利用清潔化生產、使企業向著大型化,產品功能化、專業化、精細化方向發展,采用新工藝、新設備,根據市場要求研發新產品,從而滿足不斷變化的市場需求。
北京華騰橡塑乳膠制品有限公司消費輕質碳酸鈣 1600噸/年,價格700~800元/噸;消費重質碳酸鈣600噸/年,價格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,層間由氫鍵聯結,表面呈電中性,具有低的粘度、良好的流動性和分散性,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率等方面的特點,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,其化學性質穩定,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。對于有的產品鞋來說甚至要加到60份。
由于特種鞋價格較高,大部分在出口。而我國幅員遼闊,地區、氣候、生活習慣、工作性質的差異較大,隨著我國經濟的增長,生活水平的提高和勞動保護的加強,國內市場潛力巨大。
就目前看,膠鞋行業2000多家工廠按中等規模、每雙鞋按200g計算,全國就需要總重為20萬噸的高嶺土,還不包括旅游鞋、皮鞋等鞋用大底膠料。
近年來,隨著生產技術手段的提高和科技的進步,對高嶺土進行深加工,對其表面性活性進行改性,使之與橡膠分子進行很好的結合,形成物理吸附、化學吸附、氫鍵、甚至化學鍵,取代部分炭黑做為橡膠的補強劑。所以高嶺土的發展在我國大有可為。
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,優質純品為白色結晶,含有雜質者呈淡黃、淡綠、淡藍等顏色。化學性質穩定。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。而對于全膠鞋來講,由于它的化學性質穩定,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。同時它可以降低混煉膠的門尼粘度,所以非常適合橡膠的注射成型加工。
近年來,大量的改性滑石粉開始出現。由于滑石粉與有機高聚物間的界面性質不同,相容性差,因而在橡膠中難以均勻分散。加入量多會導致橡膠制品的基本力學性能下降,極易脆化。而通過改性,提高其與橡膠的相容性,使橡膠制品的拉伸強度、伸長率指標得以提高,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
重晶石學名硫酸鋇。由于硫酸鹽的化學性質穩定,在全膠鞋中主要應用于特種鞋,如耐化學試劑、防滑鞋、防化服等產品。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、附著力強等特點,廣泛應用于阻燃靴、絕緣鞋、耐酸堿鞋等特種鞋之中。
同時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之為屏蔽效應和迷宮效應,使有害物質難以進入材料,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,并最終實現了白炭黑的工業化生產。其后,美、英、日、蘇等國也先后發展了白炭黑的生產。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。隨著科技的發展,特種橡膠制品越來越多、應用領域也越來越廣,我們渴望能有更多的創新礦粉可以加到橡膠中,從而充實我國國家實力。
作者:郝孝青,北京華騰橡塑乳膠制品有限公司
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