通用橡胶和特种橡胶的新型矿物填料

2011-01-08赵志正中橡集团西北橡胶塑料研究设计院陕西咸阳712023编译

世界橡胶工业 2011年11期

赵志正 (中橡集团西北橡胶塑料研究设计院，陕西咸阳712023) 编译

通用橡胶和特种橡胶的新型矿物填料

赵志正 (中橡集团西北橡胶塑料研究设计院，陕西咸阳712023) 编译

新开发的填充剂Миволл(米伏尔)是一种白色的针状硅灰石填料。文中就МВ-05-97牌米伏尔在异戊橡胶 СКИ-3、丁苯橡胶 СКС-30、丁腈橡胶 СКН-26、顺丁橡胶 СКД、聚氧化丙烯橡胶СКПО及氯醚橡胶ЭХГ-СТ中的应用进行了研究。业已确认，与用炭黑K354补强的胶料和硫化胶相比，使用米伏尔作填充剂，可以使强度和拉断伸长率保持不变，甚至还能提高一些;降低胶料的门尼黏度，改善工艺性能。

橡胶矿物填充剂;Миволл;门尼黏度

目前，橡胶中使用的填充剂已经有了一批质量稳定的品种。但是，对新型填充剂的探索(包括天然填充剂)仍在持续不断的进行之中。在纳米级分散性填充剂［1-3］、不同类型的硅酸填充剂及改性的硅酸填充剂［4］、次石墨［5］、纤蛇纹石纤维型的纤维填充剂方面的研究证明了这一点。

由于石油原料价格的上涨，所采用的填充剂的价格也就有了重要的意义。于是，天然填充剂就引起人们特别的关注，其中，包括天然净化的偏硅酸钙。

文章作者曾对新型填充剂“米伏尔”(Миволл)(“地质公司”产)进行了研究，该产品是在生产过程中分馏出来的白色针状硅灰石填料。

由其制造工艺打造的“米伏尔”独特的特点是“细长的针状”，长度直径比为L∶D≥10。

米伏尔的成份中包括CaO(45% ～48%)、SiO2(50% ～ 53%)、FeO3(0.05% ～0.2%)、Al2O3(0.1% ～0.3%)、MgO(0.4% ～1%)，水溶物质( ＜0.3%)。

米伏尔的物理性能如下:

米伏尔在油漆颜料工业、建筑工业、在陶瓷-上釉彩色陶瓷的生产中、在冶金工业、在摩擦制品、乳胶制品及塑料制品方面的用途已是路人皆知。

有关米伏尔在俄罗斯橡胶工业中使用的报导目前尚未见到。

该论文就米伏尔在通用橡胶和特种橡胶配方中的可行性作广泛的研究。

对所有被研究的生胶都是选择了标准的非填充胶料;米伏尔的含量可在相当宽的范围内波动。研究是采用具有最大概率的粒径为2 μm以内的MB-05-97牌米伏尔进行的。

为了将米伏尔与传统使用的填充剂进行比较，曾采用了FW-200和FW-325牌硅灰石(芬兰产)、高岭土及炭黑K354。此外，还将所获得的数据与以前化学性质近似的填充剂试验得到的数据进行了比较。

以顺式-1，4-聚异戊二烯橡胶为例，详细地研究了米伏尔对胶料流变性能及硫化胶力学性能的影响。

已经确认，米伏尔的用量达到100质量份时，胶料的门尼黏度也不会发生变化，并且与未填充胶料的门尼黏度相当。在这方面米伏尔与所有已知的填充剂有本质上的差别。甚至当高岭土的含量达到50质量份时，胶料的门尼黏度提高1.5倍(见图1)。在这个性能上唯一能接近米伏尔的填充剂是芬兰产的FW-200牌填充剂。

对含有米伏尔的СКИ-3硫化胶力学性能的研究表明，在含有50质量份米伏尔的条件下，强度性能仍未发生变化。当米伏尔含量超过50质量份的情况下强度开始下降。与此同时，当含量达到200质量份时胶料强度才达到未填充硫化胶强度的一半。

图1 异戊橡胶СКИ-3胶料的门尼黏度(a)及СКИ-3硫化胶的强度(б)和拉断伸长率(в)与米伏尔及各种填充剂含量的关系

拉断伸长率一直在下降(当米伏尔含量达300质量份时拉断伸长率降低30%)。含有FW-200及FW-325的硫化胶也有类似的表现。含50质量份高岭土或30质量份炭黑的硫化胶也有拉断伸长率下降的特性(见图1，B)。

以前曾经指出过，对于顺式-1，4-异戊橡胶这种具有高度定向增强能力的生胶，当所有各种填充剂的用量都达到研究米伏尔时的含量，就会引起胶料黏度升高。而黏度升高不多只是在含白垩的胶料中才会发生，在这种情况下会大大低于含米伏尔的胶料。

对于含低活性填充剂的橡胶来说，相对伸长率会增大，而含活性填充剂(如炭黑类)橡胶的伸长率会降低，在添加П701炭黑的条件下，伸长率可降低30%。

根据对胶料黏度性能的影响，将米伏尔列为补强性弱的填充剂。而从对应变-强度性能的影响来看，至少对于顺式-1，4异戊橡胶来说，应将其列为补强性填充剂。的确，正像在取向结晶试验中所表明的那样，米伏尔和炭黑很相似，使相对伸长率的临界值降低，在这种情况下就可观察到取向性结晶。同时，取向结晶相的熔点本身也会有很大程度的升高。

根据描述的米伏尔在异戊橡胶中所表现出来的特性，专家们开始关注米伏尔对其他橡胶胶料的流变性能和硫化橡胶力学性能的影响。

图2示出了米伏尔对聚丁二烯橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氧化丙烯橡胶(СКПО)及氯醚橡胶等胶料的门尼黏度的影响。从图2，a中可以看出，米伏尔对门尼黏度影响的规律性已从上述橡胶中得到证实。在添加量为50质量份的范围内，它对聚丁二烯橡胶、丁苯橡胶、氧化丙烯橡胶胶料门尼黏度的影响和对未填充胶料门尼黏度的影响并没有什么差别，甚至还有些减弱。

图2 米伏尔含量与各种胶料的门尼黏度(a)、硫化胶的强度(б)和拉断伸长率(в)的关系曲线

图2，б中示出了米伏尔的含量对硫化胶强度性能的影响。由图可见，对于聚丁二烯橡胶来说，强度仍停留在未填充硫化胶的水平上。而对丁苯橡胶、丁腈橡胶和氧化丙烯橡胶的硫化胶来说强度稍有提高。而对于氯醚橡胶，在米伏尔含量为10质量份时，强度达到最大值。

对于所有被研究的橡胶来说，拉断伸长率的变化很小，并且还有少许增大的倾向(参见图2，B)。

从列出的数据可以看出，米伏尔在胶料中表现出来的特点是改善胶料的流动性，相应地使分子链的取向变得更容易，这就能调节胶料的塑弹性能及硫化胶的力学性能。

令人关注的是，在保持填充剂总量不变的条件下，通过连续不断地用米伏尔取代炭黑，研究米伏尔对填充炭黑的胶料的流变性能及力学性能的影响。像以前一样，研究中使用了МВ-05-97牌号的米伏尔。

异戊橡胶СКИ-З胶料中在填充剂总量保持约40质量份的条件下，逐步用米伏尔取代炭黑K354，胶料门尼黏度从53标准单位降至15标准单位，硫化胶的强度从27.5 MPa降低到22.4 MPa，而拉断伸长率却由640%增大到800%(见图3)。

图3 填充炭黑K354的СКИ-3胶料的门尼黏度(1)、硫化胶的拉断伸长率(2)和强度(3)与米伏尔和炭黑K354使用比例之间的关系

该文作者确认，在逐步用米伏尔取代炭黑的条件下，聚丁二烯橡胶的门尼黏度从150标准单位下降到50标准单位，而聚氧化丙烯橡胶СКПО的门尼黏度从100标准单位降至60标准单位。在用20质量份米伏尔取代炭黑的前提下，强度性能实际上没有变化。但是，对于氯醚橡胶来说，与填充炭黑的硫化橡胶相比，甚至可以看到强度有所增高(协同作用效应)(见图4)。这种效果可以用在米伏尔纤维状填充剂的参与下，容易形成炭黑链结构这样的结论来说明。