轻质碳酸钙在橡胶中的用途

轻质碳酸钙在橡胶中的用途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中，可以增加制品的容积，从而节约昂贵的天然橡胶达到减低成本的目的；轻质碳酸钙填入橡胶能获得比纯橡胶硫化物更高的抗张强度耐磨性、撕裂强度，并在天然橡胶和合成橡胶中有显著的补强作用，同时可以调整稠度，用于电缆行业能起一定的绝缘作用。

常用填料在橡胶产品的作用及用量选择橡胶工业大量使用填料作配合剂，其用量仅次于橡胶耗用量。

补强填料用于橡胶，不仅能提高橡胶制品的强度，而且能改善胶料的加工性能，并赋予制品良好的耐磨耗、耐撕裂、耐热、耐寒、耐油等多种性能，可延长制品的使用寿命。

非补强填料用于橡胶，主要起填充增容作用，某些品种也兼有隔离、脱模或着色的作用。

1、一般要求(1)补强填料粒子表面要有强的化学活性，能与橡胶产生良好的结合，能改善硫化胶的力学性能、耐老化性能和粘合性能。

非补强填料粒子表面呈化学惰性，和橡胶不产生化学结合，不影响硫化胶的力学性能及耐候性、耐酸碱性和耐水性。

(2)有较高的化学纯度，细度要均匀，对橡胶有良好的湿润性和分散性。

(3)不易挥发，无臭、无味、无毒，有较好的贮存稳定性。

(4)用于白色、浅色和彩色橡胶制品的填料，还要求不污染，不变色。

(5)价廉易得。

2、性能要求(1)细度：一般说，补强填料颗粒越细，比表面积越大，和橡胶接触面积也越大，补强效果越好。

非补强填料颗粒越细，加入橡胶后混炼效果越好。

但必须分散均匀，如分散不均匀，即使颗粒很细，混炼效果亦不好。

(2)颗粒形状与晶型：填料颗粒形状以球形较好，片形或针形填料在硫化胶拉伸时容易产生定向排列，导致永久变形增大，抗撕裂性能降低。

补强填料中炭黑和白炭黑为无定形，其他填料也有结晶型的。

比如硅微粉虽与白炭黑化学成分均为二氧化硅，但前者为结晶型，后者为无定型。

结晶型填料又分为异轴结晶和等轴结晶两种。

同轴结晶x、y、z三轴相似，各向同性。

异轴结晶x、y、z三轴有显著差异，各向异性在常用非金属矿物填料中，陶土、石墨、硅藻土属异轴结晶系。

碳酸钙为等轴结晶系。

要求耐磨和耐撕裂性能好的橡胶制品，不宜用异轴结晶系物质作补强填料。

(3)表面性质：粉体填料混入橡胶，其粒子被橡胶分子包围，粒子表面被橡胶湿润的程度对补强效能有很大影响。

不易湿润的颗粒，在橡胶中不易分散，容易结团，降低其补强效能。

这种状况可以通过添加某些有助于增加湿润的物质得以改善。

例如补强效能很小的碳酸钙，加入脂肪酸后，降低了表面张力，增加了湿润程度，提高了补强效果。

炭黑是橡胶的主要补强填料，其成分90%～99%是元素碳，其余是少量挥发分和水分。

在炭黑生产过程中，其表面吸附或结合了少量羧基、醌基、酚基、内酯基等化学基团。

过去曾经认为炭黑的补强效能仅取决于其粒径(比表面积)大小及结构性，而与其表面的化学性质无关。

近年来大量研究结果表明，炭黑粒子表面的化学基团在混炼过程中能与橡胶起化学反应，使结合胶增加，进而增进了硫化胶的力学性能和耐老化性能。

白炭黑粒子表面化学基团与炭黑完全不同。

气相法白炭黑表面含有硅醇基Si―OH，沉淀法白炭黑表面含有硅醇基Si―OH及Si<(OH)：。

气相法白炭黑呈酸性，沉淀法白炭黑表面呈酸性或呈碱性。

呈酸性会迟延硫化速度，呈碱性则会加快硫化速度。

白炭黑表面微孔多，吸湿性强，对补强不利。

用硅烷偶联剂对其表面进行改性处理，能克服其弊端，改善其补强性能。

对非金属矿物粉体填料进行表面改性处理，也有很好的应用效果。

3、填料在橡胶产品中的用量在橡胶产品中，填料是用量仅次于于生胶(天然橡胶和合成橡胶)的第二大原材料。

在产品配方中，如以生胶用量为100计，补强填料用量约为50，非补强填料用量约为25，这是对各类橡胶产品总和而言。

具体到每一种产品，有的填料用量甚至超过橡胶，有的则低于总和平均量。

以主要产品配方为例，生胶为100份。

轮胎――胎面炭黑用量40～50份。

基本上不用非补强填料，或用少量陶土。

内胎胶中可用20份左右的陶土或轻质碳酸钙。

胶带――炭黑用量25～45份。

碳酸钙可用于各部件，用量10～113份。

碳酸镁可用于平带封口胶和边胶浆，用量分别为40份、50份。

硫酸钡用于平带擦贴胶，用量为25份。

胶管――炭黑用量15~45份。

碳酸钙用量33~128份，陶土用量20～50份，碳酸镁用量25份，输酸碱胶管中还用硫酸钡30份。

胶鞋――黑色鞋底炭黑用量50份，超细活性碳酸钙(白艳华)50份，陶土40份，白色鞋底白碳黑用量55份，超细碳酸钙15份，钛白粉2份。

胶布制品――碳酸钙和陶土可用于各类胶布制品，用量30～150份，硫酸钡用于气密胶布，用量为11份。

模型制品――炭黑用量40~75份。

白炭黑可用30份，陶土可用35份。

碳酸钙可用20份。

密封制品――油封可用白炭黑70份。

密封条用炭黑25份，碳酸钙10份，耐油真空密封用陶土30份，炭黑40份。

隔膜用炭黑15份，碳酸钙54份。

胶乳制品――胶乳手套可用硫酸钡10~15份或碳酸钙5份，海绵胶乳配方中可用滑石粉20份，氯丁乳胶丝配方中可用陶土2~3份，多孔模型胶乳配方中可用陶土100份，或碳酸钙100~300份。

从上述实例可以看出，在各类橡胶产品中大量使用补强填料和非补强填料，不同产品使用填料类型和品种不同，其用量相差很大。

实际使用时要根据橡胶制品的性能要求进行配方设计，选择胶种，加入补强填料以改善力学性能，加入非补强填料改善加工性能，降低生产成本。

通过硫化体系和防护体系的调整使配方优化。

这是生产优质橡胶产品的基础。

除了上述列举的碳酸钙、陶土、硫酸钡和滑石粉外，还有许多天然无机矿物粉体材料也可以用作橡胶填料，如含碳酸镁的白云石，含硅酸钙的硅灰石，含硫酸盐的重晶石、石膏，含无定形炭的石黑、煤粉及其他含硅的粉石英(硅藻土)、石棉、叶蜡石、煤矸石、油页岩、粉煤灰、凹凸棒土、赤泥等。

橡胶制品生产厂家可以根据产品性能要求和价格选用不同的填料，通过配方试验确定其最佳配用量。

碳酸钙又分为重质碳酸钙、轻质碳酸钙、纳米碳酸钙及改性碳酸钙等，不同的碳酸钙产品在橡胶制品中所起的作用各不相同，因而其应用领域也略有差别。

重质碳酸钙+橡胶重质碳酸钙是常用的粉状无机填料，具有纯度高、惰性大、稳定性好、白度高、吸油率和折射率低、分散性好等特点，在橡胶制品中补强效果差，主要起填充作用。

重质碳酸钙硫化胶的力学性能不及轻质碳酸钙和改性碳酸钙硫化胶性能好，其硫化胶耐磨性和定伸应力也比不上炭黑、陶土或硅酸盐硫化胶。

并且重质碳酸钙粒子的粒径过大还会导致硫化胶的物理机械性能显著下降。

但是其生产成本较低，在橡胶中与其他补强剂或填充剂一起使用能够调整硫化胶的性能并且降低生产成本。

重质碳酸钙广泛用作天然橡胶、丁苯橡胶、胶乳等的惰性填充剂，适用于制造鞋跟、鞋底、地板、胶管、发泡制品、模制品和压出制品等。

轻质碳酸钙+橡胶轻质碳酸钙粉体具有颗粒形状规则、粒度分布较窄、粒径较小等特点。

在橡胶制品中主要用作白色或浅色橡胶的补强填充剂。

轻质碳酸钙具有半补强性，能提高硫化胶的拉伸强度、撕裂强度以及耐磨性能，且在高填充下不会导致过高的定伸应力，在胶料中易分散、不影响硫化。

填充轻质碳酸钙的硫化胶物理机械性能略高于填充重质碳酸钙的硫化胶。

轻质碳酸钙在天然橡胶和合成橡胶胶料中用量很大。

在天然橡胶轮胎胎面胶中用量可达30份，帘布胶中可达50份，内胎胶中可达60份，胶管中用量可达50份，胶带中可达20份，胶鞋中可达50份等。

纳米碳酸钙+橡胶纳米碳酸钙粉体与普通碳酸钙粉体相比，具有小尺寸效应和表面效应，能够产生普通碳酸钙不具备的优异性能，在橡胶制品中主要起补强、填充、调色的作用。

纳米碳酸钙活性高，补强性能远远大于轻质碳酸钙，与沉淀法白炭黑相当。

纳米碳酸钙在橡胶中有良好的分散性和相容性，可使橡胶易混炼、易分散、能改善胶料的加工性能，提高制品的力学性能。

同时纳米碳酸钙具有空间立体结构，粒子形态多样，研究发现不同晶型的纳米碳酸钙对橡胶的补强效果不一，其中以连锁状纳米碳酸钙对橡胶的补强效果最好。

值得注意的是，它不但可以作为补强填充剂单独使用，而且可根据生产需求与其他填充剂配合使用，不但可以达到补强、填充、改善加工工艺和提高制品性能的作用，还具有增白作用并部分取代白炭黑、钛白粉等价格昂贵的白色填料。

橡胶行业是纳米碳酸钙的主要消费大户，主要应用于力车轮胎胎内胶和外胎、汽车轮胎内胎和外胎特殊部位、胶带胶管、胶鞋、胶布中。

适用于NR、BR、SBR等橡胶体系。

改性活性碳酸钙+橡胶改性碳酸钙又称为活性碳酸钙，是使用表面改性剂对轻质碳酸钙、纳米碳酸钙进行表面改性而制得；经改性后的碳酸钙和改性前相比一般具有粒径小、吸油值低、分散性好、补强性好等特点。

改性碳酸钙的补强性能要远远优于未改性碳酸钙，其补强性主要是由于表面改性剂是具有两亲基团的有机物，即具有亲水基团和亲油基团，表面改性剂通过两个基团将碳酸钙和橡胶紧密结合在一起，这有利于提高橡胶的物理机械性能，改善加工性能，并提高制品的延伸性、拉伸强度、撕裂强度等性能。

碳酸钙填充硫化胶切割面SEM改性碳酸钙主要应用于轮胎、胶管、胶带、油封和汽车配件等橡胶制品中，适用于NR、NBR、SBR等橡胶。

小结轻质碳酸钙是橡胶工业用的主要填充补强剂之一，轻质碳酸钙具有资源广、毒性和污染性低、白度高、填充量大和价格低等特点,在橡胶工业中应用广泛,是橡胶制品主要的浅色填料。

其中重钙主要作为填充剂使用以降低成本;轻钙具有半补强性，能够提升硫化胶的物理机械性能;纳米碳酸钙和改性碳酸钙的补强性能优越，还具有调色增白效果，能部分替代价格昂贵的白炭黑、钛白粉等。

综合来看，未来橡胶用碳酸钙将逐渐由重钙或轻钙向纳米碳酸钙和改性碳酸钙发展。

常用填充应用分类1、天然橡胶（烟片胶，颗粒胶、绉片胶）（NR）性能：优点是弹性好，机械强度大，耐挠性优，良好的耐磨性、耐寒性、绝缘性和硫化性；易加工，适应性广。

缺点是耐老化、耐候性、耐溶剂性能差。

作为通用橡胶可制造各种橡胶制品，用途：如轮胎、胶鞋、胶管、胶带、胶布、绝缘件等。

填充剂的作用：扯断强度、耐磨性、低温屈挠性、电性能等指标极好，耐老性、耐脂肪烃、耐芳香烃性能差。

填充耐磨炭黑、硅藻土等对改变制品性能有益。

2、异戊橡胶（TR)性能：物理机械性能与天然橡胶基本相同，容易塑炼不易焦烧。

尤其是耐屈挠、抗龟裂性、电气特性、耐热性、吸水性和耐老化性等均好于天然橡胶。

而强度、硬度较差。

用途：与天然橡胶相同。

填充剂的作用：伸长率较大、造价成本较高。

其他同天然橡胶。

填充耐磨炭黑、绢云母粉等。

3、丁苯橡胶（SBR)性能：容易硫化、填充剂的补强效果大，尤其是耐候、耐热、耐老化和耐油性能优于天然橡胶，但其化学稳定性及耐久性较低。

常与天然橡胶、顺丁橡胶并用为好。

用途：较广泛，其消耗量最大的品种轮胎，尤其是丁苯1500（低温聚合胶）和丁苯1700（充油橡胶）特别是充高芳香族油的丁苯1712橡胶适合性更好。