非金属矿粉体在橡胶制品中的应用状况

非金属矿粉体如轻质碳酸钙、高岭土、消石粉、重晶石、云母粉等在橡胶制品中有广泛应用。本文在简要介绍橡胶和橡胶制品的特点和分类基础上，着重介绍了橡胶中经常使用的非金属矿粉体的种类、特点、应用状况以及消费量和价格。

1、橡胶的含义

橡胶是一种高弹性的高分子化合物。它具有其它材料没有的高弹性，因而也被称为弹性体，其特征就是分子量巨大，而且分布之泛从数十万到上百万。这也是决定了橡胶成为工程材料的特定原因。

2、橡胶材料的特点

橡胶材料具有如下特点：

(1)具有高弹性：

橡胶的弹性模量小，一般在1～9.8MPa，伸长率最高可达1000%，适应温度从-50°C～200°C。

(2)具有粘弹性：

由于大分子间作用力的存在使得橡胶受外力作用产生形变时会受到时间、温度以及各种介质的影响表现出明显的应力松弛和蠕变现象。在振动或交变应力的作用下产生滞后损失。

(3)具有缓冲减震作用：

橡胶对声音及振动的传播有缓和作用，可用于防震降噪。

(4)电绝缘性：

橡胶和塑料一样是一种很好的绝缘材料。

(5)对温度具有依赖性：

橡胶在低温时处于玻璃态变硬变脆;在高温时发生软化，熔融、氧化、分解以至于燃烧。

(6)具有老化性：

橡胶和金属、木材一样，会随时间的延长性能逐渐下降，寿命缩短。

(7)必须硫化：

橡胶必须在加入硫磺或其它交联剂的条件下使自身硫化，即通过此反应使橡胶线型大分子变成网状结构从而变成具有使用价值的橡胶制品。

(8)必须加入配合剂

为了获取各种各样的性能要求，必须在橡胶中加入各种各样的配合剂，如硫化剂、活性剂、促进剂、补强剂、填充剂、防老剂、软化剂等等。

3、非金属矿粉体在橡胶制品中的应用

非金属矿粉体在配合剂中属于补强填充剂，用量占到常规制品配合剂总量的60～90%，占常规制品总质量的30～70%，用量巨大，附加价值高，是橡胶中不可或缺的原材料，在橡胶制品中具有重要的意义，所以加快非矿粉体的技术创新和产业升级将对促进我国橡胶制品的发展，提高国际竞争力，具有重大意义。

3.1 填充剂在橡胶中的应用

在大多数情况下，橡胶都不是单独使用的，而是要混合各种配合剂，填充剂就是重要的配合剂之一。填充剂——顾名思义是一种填充物，所以也称填料。它对于改进橡胶制品的性能，降低成品，有着十分重要的意义。

3.2 使用填充剂的目的

(1)增大容积，降低成本

(2)改进混炼胶性能，如调节可塑度、粘性、防止收缩、提高表面性能。

(3)改进硫化制品性能，增加抗张强度、抗撕强度、耐磨耗性，调节硬度、弹性率，改进耐热性、耐油性、耐候性、电性能等

(4)发挥其它作用

3.3 填充剂的性能对橡胶的影响

(1)对粒子大小的影响

填充剂粒子很细，对橡胶抗张强度、抗撕强度、耐磨耗性能等机械强度的作用大，价格很高。

(2)对粒子形状的影响

粒子形状有很多种，如球状、立方体状、针状、板状等等。它们对混炼胶的流变性能、硬化胶的硬度、弹性、抗张强度、永久变形生热等性能有影响。

(3)对粒子表面性质的影响

表面性质主要取决于晶体结构、对物质的吸附能力以及表面毛细管等。它会影响对橡胶的浸润性、分散性、硫化性、补强性、耐老化性等。对于粒子表面活性不大的填充剂，可使用适当的有机或无机物质进行表面处理，使表面活化，以提高补强效果。

3.4 轻质碳酸钙的应用

(1)在橡胶制品中的应用

轻质碳酸钙是橡胶工业中使用最早、量最大的填充剂之一，轻质碳酸钙大量填充在橡胶之中，可以增加制品的容积，从而节约昂贵的天然胶达到降低成本的目的。同时，由于碳酸钙的加入可以改善或加强橡胶硫化体的抗张强度和耐磨性，提高抗撕裂强度，并且在天然胶和合成胶中有显著的补强作用，同时可以调整混炼胶的门尼粘度，增加可塑性，有利于成型，使产品尺寸更加稳定。

(2)碳酸钙在胶鞋中的应用

碳酸钙在全胶鞋中有不可替代的作用，并且在胶鞋工业中应用最广、用量最大。在胶鞋中大抵占到质量的20～60%，面皮占到质量的30～50%，在一些橡胶制品中可占到80%。

碳酸钙，尤其是轻质碳酸钙，粒径约为0.5～6μm，呈碱性，粒子成片状、粒状和纺锤状。尤其是纺锤状碳酸钙在压延制品中如全胶鞋、胶布、胶带、胶片等制品中，可以使制品表面光滑、尺寸稳定，提高挤出性能、增加塑性、方便成型、降低生产成本，是胶鞋制品不可替代的填充剂。

若碳酸钙经过深加工制成活性碳酸钙，可以用于浅色制品的补强，提高在橡胶中的分散性，代替或部分代替白炭黑，提高硫化胶成品的拉伸强度、抗撕裂强度和耐磨性，同时也提高了制品的耐曲挠性和耐疲劳性。

胶鞋行业离不开碳酸钙，可以说没有碳酸钙就做不出来漂亮的全胶鞋。我国全胶鞋行业承担着全世界60～70%的产量，每年出产上亿双。按每双400g计算，一年消耗碳酸钙40万吨。从整个行业看，我国是世界耗胶大国，目前年耗胶量370万吨。按100份橡胶平均加入40份碳酸钙，则需要150万吨左右。还有油漆、涂料、造纸、食品添加等多个领域的应用。

所以国内轻质碳酸钙市场需求旺盛，但为了适应国民经济的发展需要，碳酸钙必须走循环经济、可持续发展之路，综合利用清洁化生产、使企业向着大型化，产品功能化、专业化、精细化方向发展，采用新工艺、新设备，根据市场要求研发新产品，从而满足不断变化的市场需求。

北京华腾橡塑乳胶制品有限公司消费轻质碳酸钙 1600吨/年，价格700~800元/吨;消费重质碳酸钙600吨/年，价格350-450元/吨。

3.5 高岭土在全胶鞋中的应用

在橡胶制品中，高岭土是仅次于碳酸钙的重要填料之一，同时对橡胶具有弱的补强作用，主要由岩石中火成岩、水成岩等母岩在自然风化作用下分解而成，主要成分为二氧化硅、氧化铝、水等，此外还含有铁、碱金属、碱土金属等等。

由于高岭土的PH值一般在4～5左右，呈弱酸性，配入橡胶中有延迟硫化作用。还由于它有弱的补强效果，可用作天然橡胶、合成橡胶、胶乳和树脂的补强填充剂。含高岭土的胶料加工容易，挤出物表面光滑、增大挺性和减少收缩率。同时也是炭黑和石墨的分散剂，故易与炭黑并用。

也由于高岭土的层状结构，层间由氢键联结，表面呈电中性，具有低的粘度、良好的流动性和分散性，所以挤出性能很好，而对于表面要求光滑平整的全胶鞋鞋面则不适合。但由于高岭土可以显著提高硫化制品的机械物理性能，特别是其在弹性抗屈挠和伸长率等方面的特点，非常适合在大底、围条、包头、衬皮、中底、鞋跟等部件中大量使用。一般用量可加到10～30份质量比。还由于高岭土的组成成分为二氧化硅和氧化铝，其化学性质稳定，所以对于特种全胶鞋如消防、耐油、耐酸碱、电绝缘等多种鞋是必须要填充的材料。对于有的产品鞋来说甚至要加到60份。

由于特种鞋价格较高，大部分在出口。而我国幅员辽阔，地区、气候、生活习惯、工作性质的差异较大，随着我国经济的增长，生活水平的提高和劳动保护的加强，国内市场潜力巨大。

就目前看，胶鞋行业2000多家工厂按中等规模、每双鞋按200g计算，全国就需要总重为20万吨的高岭土，还不包括旅游鞋、皮鞋等鞋用大底胶料。

近年来，随着生产技术手段的提高和科技的进步，对高岭土进行深加工，对其表面性活性进行改性，使之与橡胶分子进行很好的结合，形成物理吸附、化学吸附、氢键、甚至化学键，取代部分炭黑做为橡胶的补强剂。所以高岭土的发展在我国大有可为。

北京华腾橡塑乳胶制品有限公司消费高岭土400吨/年，价格1000~1200元/吨。

3.6 滑石粉在全胶鞋中的应用

滑石粉主要成分为含水硅酸镁，优质纯品为白色结晶，含有杂质者呈淡黄、淡绿、淡蓝等颜色。化学性质稳定。消石粉在橡胶中主要用作隔离剂和表面处理剂，大量应用于外观表面要求不高的胶布制品中，如雨衣布、防水布、工程衬布等等。而对于全胶鞋来讲，由于它的化学性质稳定，多被用于耐酸、耐碱、耐热和绝缘鞋中。

对合成胶而言，它是具有一定补强作用的。同时它可以降低混炼胶的门尼粘度，所以非常适合橡胶的注射成型加工。

近年来，大量的改性滑石粉开始出现。由于滑石粉与有机高聚物间的界面性质不同，相容性差，因而在橡胶中难以均匀分散。加入量多会导致橡胶制品的基本力学性能下降，极易脆化。而通过改性，提高其与橡胶的相容性，使橡胶制品的拉伸强度、伸长率指标得以提高，填充量也可以加大，达到降低成本的目的。

3.7 重晶石在全胶鞋中的应用

重晶石学名硫酸钡。由于硫酸盐的化学性质稳定，在全胶鞋中主要应用于特种鞋，如耐化学试剂、防滑鞋、防化服等产品。由于比重大，一般硫酸钡很少用于常规鞋和民用鞋，有些大量用于特殊胶板、胶带。

北京华腾橡塑乳胶制品有限公司消费重晶石150吨/年，价格900~1000元/吨。

3.8 云母粉在胶鞋中的应用

云母粉的主要成分为二氧化硅和氧化铝。由于云母粉具有良好的弹性、韧性、绝缘性、耐高温性、耐酸碱性、耐腐蚀性、附着力强等特点，广泛应用于阻燃靴、绝缘鞋、耐酸碱鞋等特种鞋之中。

同时云母粉也广泛应用于高阻尼减震橡胶配件中，由于云母粉为片状，直径与厚度的比值很高，加入橡胶中能在材料内形成层层阻隔。这种阻隔作用也被称之为屏蔽效应和迷宫效应，使有害物质难以进入材料，而胶料在压延、拉伸作用下，在橡胶内形成层层排列，其取向与橡胶表面平行，与气体穿透方向垂直。由于这些特性，云母粉广泛应用于阻尼帘布、胶布、胶片隔离层以及各种减震垫中。

3.9 白炭黑在橡胶中的应用

通用型白色填料中，白炭黑是唯一的一种可以与炭黑相当的白色补强性填充剂。

白炭黑的制造研究始于本世纪三十年代，特别是第二次世界大战期间，德国基于炭黑的不足，极力寻求替代品，加强了对白炭黑的研究，并最终实现了白炭黑的工业化生产。其后，美、英、日、苏等国也先后发展了白炭黑的生产。白炭黑的制造方法很多，目前使用最多的是气相法和沉淀法两种。

在各种胶鞋中，由于对色泽的要求，不言而喻白炭黑用于白色或浅色橡胶的填充补强。在各种鞋用大底如旅游鞋、登山鞋、皮鞋中是不可替代的材料。由于白炭黑含有氢，也多用于各种粘合剂、增粘剂。

总之，应用于橡胶制品中的填料很多，如碳酸镁、碳酸钡、氧化铝、氧化钛、各种金属粉、硅藻土、云母粉、硅酸钙、各种短纤维等，材料非常多。随着科技的发展，特种橡胶制品越来越多、应用领域也越来越广，我们渴望能有更多的创新矿粉可以加到橡胶中，从而充实我国国家实力。