補強劑和填充劑在橡膠加工中形成了一個(gè)體系,總稱(chēng)為填料,意思就是填充橡膠分子間空隙的材料。在
橡膠制品中加入一種物質(zhì)后,可使硫化膠的耐磨性、抗撕裂強度、拉伸強度、模量、抗溶脹性等性能獲得較大提高。凡具有這種作用的物質(zhì)稱(chēng)為補強劑。填料是
橡膠制品工業(yè)的主要原料之一,屬粉體材料。填料用量相當大,幾乎與橡膠本身用量相當,能賦與橡膠許多寶貴的性能。例如,大幅提高橡膠的力學(xué)性能,使橡膠具有磁性、導電性、阻燃性、彩色等特殊的性能;使橡膠具有好的加工性能,降低成本。在橡膠中加入填料能夠提高橡膠的體積,降低橡膠制品的成本,改善膠料加工工藝性能,對橡膠制品性能幾乎沒(méi)有影響。
按填料在橡膠中的作用可分為補強性和增容性填料,前者主要作用是提高橡膠制品的物理機械性能,稱(chēng)為補強劑,如炭黑等;后者主要作用是增加橡膠的容積,降低含膠率,降低成本,稱(chēng)為填充劑或增容劑,如碳酸鈣CaCO3、陶土等。炭黑有五大類(lèi)型,40 余種的品種。常用品種有:超耐磨爐黑(SAF)、中超耐磨爐黑(ISAF)、高耐磨爐黑(HAF),通用爐黑(GPF)。在炭黑粒子的表面有些活性很大的活性點(diǎn),能與橡膠分子起化學(xué)作用,生成強固的化學(xué)鍵,這種化學(xué)鍵能沿著(zhù)炭黑粒子表面滑動(dòng),最終產(chǎn)生兩種補強效應:一是當橡膠受力作用時(shí)產(chǎn)生變形,分子鏈的滑動(dòng)能吸收外力的沖擊,起緩沖作用;二是使應力分布均勻。這兩種效應的結果能使橡膠的強度增強,耐龜裂,從而起補強作用。另外,還有一種白炭黑,化學(xué)成分主要是含水硅酸和硅酸鹽類(lèi)物質(zhì),常用于制造淺色橡膠制品。
橡膠制品補強填充體系助劑包括炭黑、白炭黑、金屬氧化物、無(wú)機鹽、樹(shù)脂等。主要有炭黑、白炭黑、無(wú)機補強劑和填充劑以及有機補強劑和填充劑。ACM 是非結晶性橡膠,純生膠的機械強度僅有2MPa 左右,必須進(jìn)行補強才可以使用。試驗證明,ACM 膠料采用高耐磨炭黑、快壓出炭黑、半補強炭黑和噴霧炭黑較好。通常,隨著(zhù)炭黑粒子變細和補強性能的提高,壓縮變形也變大。ACM不宜使用酸性補強填充劑,如槽法炭黑和氣相法白炭黑等。在典型的橡膠配方中,由于填充劑價(jià)廉易得,通常以大劑量添加到主體材料橡膠中,以其龐大的體積和用量增加膠料的體積和重量,從而降低膠料的單位成本。為此,選材時(shí)一般考慮天然礦材,經(jīng)過(guò)加工粉碎、研磨到一定細度后投入使用。補強樹(shù)脂又名補強增硬樹(shù)脂,用在需要高硬度、高定伸以及因增加炭黑過(guò)多而較難生產(chǎn)的膠料中。南京曙光化工廠(chǎng)生產(chǎn)一系列的硅烷偶聯(lián)劑,用于處理白炭黑等含硅原子的填料。福建師大生產(chǎn)的鋁酸酯偶聯(lián)劑用于處理碳酸鈣、粉煤灰等無(wú)機填料。山西省化工研究所生產(chǎn)的銘鈦復合偶聯(lián)劑系固體蠟狀物質(zhì),用于處理滑石、碳酸鈣等無(wú)機填料。