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、改進物性（如強度、耐用性等）、增加體積、降低成本的物質，在橡膠領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。隨著超細粉碎和表面改性技術的進步，無機礦物填料越來越受到橡膠領域的青睞。

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-砂質粘土，通常依據粒子大小（2～5μm）和組成比例又有硬質陶土、軟質陶土之分，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，在橡膠工業中的用量約占礦物填料的一半左右。

（2）軟質陶土，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，其補強性優于硬質陶土，現已成為陶土的主流。

（5）精制高級陶土，是陶土經過粗碎、提純、剝片、表面改性和再粉碎加工處理，純度達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，收到良好的協同效應。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品的不可多得的補強填料。

2、滑石粉

滑石粉是天然滑石經干法、濕法粉碎或高溫鍛燒制得，化學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生的效果。

3、重質碳酸鈣、貝殼粉

重質碳酸鈣，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，配合量可達橡膠量的100%-250%，是橡膠工業中主要的低成本填充材料。

4、輕質碳酸鈣

輕質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，可通過控制反應條件而得到不同粒徑和形狀結構的產物，是橡膠工業最為普遍使用的廉價填充增量劑。

5、活性碳酸鈣

用有機物對進行活化處理，可以得到粒子微細、帶有凝聚結構的活性碳酸鈣，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，力學性能可超過陶土達到半軟質炭黑的水平，故稱之為超微細活性碳酸鈣或補強碳酸鈣，粒子進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精選加工制成從微米到納米級的白色片層狀結晶粉末，化學成分以硅、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。

近年經改性開發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，性質上呈化學惰性，絕緣，耐火、耐酸。經超細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%，呈針狀結晶。粒徑3.5-10μm，可對其表面進行改性處理，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制成，含二氧化硅65%，氧化鈣19%。粒徑為0.2-0.3μm，最細的可達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）加燒堿經水玻璃沉淀制造白炭黑的反應過程中可聯產硅酸鈣，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。伊利石經過改性后，添入橡膠當中，拉伸強度能夠達到27.4MPa，與輕質碳酸鈣以及炭黑礦物質相比，添加伊利石的橡膠不易老化，定伸應力介于二者之間，而橡膠的硬度與拉斷伸長率均沒有較大起伏。

15、重質碳酸鎂

重質碳酸鎂由白云石經粉碎加工而成，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、輕質碳酸鎂、堿式碳酸鎂

輕質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，補強性能相當于熱裂法炭黑。

17、重晶石粉

重晶石粉由天然重晶石粉經粉碎加工制成。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分解沉淀制成，亦稱沉淀硫酸鋇。硫酸鋇含量達98%以上，粒徑為2.5-25μm，填充效果高于重晶，石粉。近年來，經脂肪酸處理活化的硫酸鋇其粒徑可達到10-100μm，表面積35.7m2/g，具有一定的補強效果，力學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

天然產的石膏粉以及化學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，具有較好的導熱性、導電性以及潤滑性。以石墨作為橡膠填料，與蒙脫石的處理方法類似，即將石墨應用特殊工藝進行分解，轉換成為納米尺寸的顆粒，當納米顆粒與橡膠基體結合后，橡膠的各項功能指標也得到改善。比如導電性、導熱性、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合橡膠材料隨處可見。這種膨脹石墨在橡膠基體內的添加量達到5份時，橡膠的拉伸強度達到最大值，當添加量達到10份時，橡膠表面的電導率變為1.1×10-9S/cm料的100倍。因此，石墨在橡膠中的應用范圍較廣，應用效果較好。

22、金屬氧化物

氧化鋅和經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氧化鎂和經堿式碳酸鎂鍛燒的輕質氧化鎂，由鋁礬土加工而成的氧化鋁和經化學反應制得的氫氧化鋁（水合氧化鋁）等也都可作為填料使用。