玩转无机填料在橡塑制品中的全方位应用

发表时间：2020-07-15 17:29

随着塑料和橡胶应用领域的扩展，无机填料在橡塑工业中的地位越来越突出。特别是随着现代材料改性技术的发展，很多无机填料被赋予了独特的物理与化学性能，如耐磨性、导电性、绝缘性、导热性、阻燃性、耐腐蚀性、气密性等等。

橡塑工业对无机填料有一定的要求，如颗粒大小，形状和表面性质等。符合这些要求的材料，才能在橡塑工业中发挥应有的作用。按目前的技术，生产应用中的无机填料需要达到如下要求：

化学活性不高和塑料不起化学作用；

不影响硫化胶化学性能，如：耐候性、耐酸碱性和耐水性等；

不明显降低硫化胶的力学性能；

在橡胶中易混入，易分散，可大量填充；

价廉易得；

粒径细小，一般要求达到150nm以下；

粒子表面能被橡胶分子湿润，（这一点可以通过对无机填料的表面改性而得到更好的体现）。

目前，在工业生产中应用的无机填料，按成分可分为四大类：

硅酸盐矿物填料（滑石粉、高岭土、硅灰石、云母、膨润土等）；

碳酸盐填料（石灰石、方解石等）；

硫酸盐矿物填料（重晶石、石膏）；

氧化矿物填料（石英、粉石英、硅藻土等）。

高性能的橡塑制品，对无机填料提出了更高的要求。矿物填料仅通过粉碎研磨分级已不能满足使用要求，必须通过表面处理、活化改性等方法，以适应日愈发展的高性能橡塑制品的性能要求。

一、橡塑工业中无机填料的应用现状

无机填料主要有硅酸盐类与碳酸钙类。

1、硅酸盐类：主要有陶土、滑石粉、硅灰石等。

陶土：包括高岭土、瓷土、白土、皂土或纯净黏土。是橡胶工业用量最大的矿物填料，用量约占矿物填料总量的59%。其主要成分为氧化铝和氧化硅的结晶化合物。按其粒径大小，陶土可分为：硬质陶土、软质陶土、高级陶土。

硬质陶土：粒径<2um的占80%以上，>5um的占4-8%，比表面为22-26㎡/g，在橡胶有半补强作用，能改善硫化胶的力学性能，是目前在橡胶中用量最大的品种。

软质陶土：粒径≤2um的占50-74%，≥5um的占8-30%，比表面积为9-17㎡/g，在橡胶中无补强作用，硫化胶力学性能差。

高级陶土：粒径≤1um，含少量有机物，微量吸湿性。

滑石粉：由天然滑石经干法、湿法粉碎或高温煅烧而得，粒径为1.3-149um。其化学组成为水合硅酸镁。用作橡胶填充剂、增容剂、隔离剂及表面处理剂。

硅灰石粉：由天然硅灰石经选矿、粉碎制得，粒径为3.5-75um。其化学成分为偏硅酸钙。用作橡塑填充剂和白色颜料。

2、碳酸钙类：主要有重质碳酸钙与轻质碳酸钙，是橡胶工业中用量仅次于陶土的矿物材料。

重质碳酸钙：又称重钙粉，是由天然大理石、石灰石、白垩、方解石、白云石或牡蛎、贝壳等经粉碎、风选到一定细度制得。重质碳酸钙粒径一般在10um左右。用于橡胶主要起填充增容作用，无补强效果。

轻质碳酸钙：又称轻钙。粒径在0.5-6um之间，经化学沉淀法制得，有微弱的补强效果。轻质碳酸钙按其粒径大小分为普通轻钙、超细碳酸钙、纳米钙，超细碳酸钙、纳米钙粒径在0.01-0.1um之间，有较好的补强效果。

二、无机填料的改性

无机填料例如碳酸钙、硅灰石、滑石粉、高岭土等因为具有独特的物理化学性质，能改善聚合物的力学性能、加工性能和热性能等，在聚合物中的应用发展很快。但是，由于无机填料与有机高聚物相容性较差，如果直接添加，会造成分散不均，而且粒径大者还会成为复合材料中的应力集中点，成为材料中的薄弱环节，这些弊端不但限制了填料在聚合物中的添加量，而且还严重影响制品性能，所以通过对无机填料进行表面改性，改变了无机填料原有的表面性质，改善了无机填料与聚合物的亲和性、相容性，以及加工流动性、分散性，还可以提高填料和聚合物界面之间的结合力，使复合材料的综合性能得到显著的提高，从而使非功能的无机填料转变为功能性填料。

无机填料的表面改性方法，目前用得最多的表面改性剂是表面活性剂和偶联剂。两者的关系机理很相似，都是处理剂分子一端的极性基团与填料表面发生物理吸附或化学反应而连接在一起，而另一端的亲油性基团能与树脂基体进行物理缠绕，从而在无机填料和有机高聚物之间架起一座“分子桥”，增强了高聚物基体和填料之间的相互作用，改善了制品性能。

机械力化学改性法：通过粉碎、磨碎、摩擦等机械作用，使填料晶格结构、晶型等发生变化，体系内能增大，湿度升高，促使粒子溶解、热分解，产生游离基或离子，增强填料表面活性，促使填料和其他物质发生化学反应或相互附着，达到表面改性的目的，这种表面改性方法即为机械力化学改性。

上海玄珞新材料有限公司开发的PF系列功能性填料，选用精选优质复合矿物，特殊工艺生产，高温煅烧，成为橡塑工业中的功能性填料。PF系列（PF81、PF81A、PF81S、PF82、PF83、PF83S、PF41等等）。

GreenThinking®PF81
是脱除羟基活化处理纳米补强剂，有经过活化处理，分散好、高补强、绝缘好，回弹好，高白度等突出优势，广泛应用合成橡胶、天然胶、PVC、CPE等塑料及纤维素树脂等领域的制品，作为功能性补强剂及增加绝缘性的材料。

-GreenThinking®PF81主要特性：

1.片状结构，孔隙率高、吸油量大

2.高比表面积，无羟基

3.质轻、体软、粒径分布合理

4.杂质含量低、无毒、无味

5.优异的化学稳定性

-混炼胶加工性的良好表现：

1.在混炼过程中易于分散，填充率高

2.胶料流动性好，易挤出，能获得良好的尺寸稳定性

3.延长焦烧时间，缩短正硫化时间

-GreenThinking®PF81在橡胶制品的优异表现：

1.补强效果好，比N660稍强，压变低

2.改善耐磨、耐油、及热老化性能

3.气密性好，挤出产品光滑

4.绝缘性良好，提高橡胶制品的绝缘性

5.高白度:适合生产浅色制品

6.改善制品喷油、喷彩、泛蓝

实验结论：

1. GreenThinking®PF81-从综合性能看，无论从初始性能(强度、伸长率)和老化后性能相对表现更优异。

2. GreenThinking®PF81制品弹性好，压变数据也相对最好。

3. GreenThinking®PF81的胶料TC90最短，提供制品的生产效率，而且制品表面光滑。

GreenThinking®PF81S 配方及实验对比数据：

GreenThinking®PF81S在硫磺硫化的EPDM中优异表现：

1.PF81S从综合性能看，无论从初始性能(强度、伸长率)和老化后性能相对表现更优异。

2.PF81S制品弹性好，压变数据也相对最好。

3.PF81S的胶料TC90最短，提供制品的生产效率，而且制品表面光滑,填料白度高94。

GreenThinking®PF81A
配方及实验对比数据：

GreenThinking®PF81A在EPDM 过氧硫化体系中优异表现：

1．PF81A从综合性能看，无论从初始性能(强度、伸长率)和老化后综合性能相对表现更优异。

2.PF81A制品弹性好，压变数据也相对最好。

3.PF81A白度最好，达到94。

另外GreenThinking WL系列多功能填料，由精选天然长针性硅灰石高品位的矿,经过特殊硅烷活化包覆处理精制而成。WL系列的所有产品生产都经过严格的内部质量监控过程，使产品都具有统一的化学纯度和稳定的粒径分布，以及良好的化学活性，赋予橡胶良好物理性能、耐油性，低压变、热撕裂性等，在氟橡胶FKM替代进口填料首选及橡塑广泛用途的多功能填料。