橡胶材料补强配方-填料系(多孔粉石英)

橡胶材料补强配方-填料系（多孔粉石英）

1、填料及其作用

组成填充补强体系的配合剂统称为填料，是橡胶工业的主要原料之一，属于粉体材料。

填料的用量相当大，几乎与橡胶本身用量相当。含有填料的橡胶是一种多相材料，填料能赋予这种材料许多宝贵的性能，如大幅度提高橡胶的力学性能，使橡胶具有导电性、磁性、阻燃性、色彩等特殊性能，改善橡胶的加工工艺性能以及降低橡胶制品的成本等。

2、填料的分类

填料的种类很多，按其在橡胶中的主要作用可分为补强性填料和增容性填料。前者的主要作用是提高橡胶制品的硬度和机械强度，如拉伸强度、定伸应力、撕裂强度，耐磨性等，称为补强剂或活性填料，如炭黑、白炭黑、多孔粉石英等；后者的主要作用则是增加胶料容积，从而节约生胶、降低成本，称为填充剂、增容剂或惰性填料，如碳酸钙、陶土、滑石粉等。这两类填料不能截然分开，比如被列入活性填料的多孔粉石英，这种填料属于非金属硅酸盐一类，但又具有表面活性，与炭黑、白炭黑的功能有相似之处，也有相同的功能。经实验可以替代一部分炭黑、白炭黑。所以这种统称填料的材料也可称为补强剂，其目的：增容、补强、降低成本。由于生胶的类型不同，也使补强剂和填充剂之间的界限难以划分。

通常以“弹性能”（扯断功）数值的大小和变化来衡量各种填料在橡胶中的补强效果，如图所示。由图可见炭黑、多孔粉石英在相当大的用量范围内具有较好的补强效果，常称它们为补强剂；陶土和碳酸钙等补强效果小，常称它们为填充剂。

填料也可按化学成分分类无机和有机填料。无机填料如含硅化合物，碳酸盐类、金属氧化物等；有机填料如再生胶、硫化胶粉、木粉、短纤维等；除此之外，填料还可按外形分为粉状、纤维状、片状和树脂填料等。

3、多孔粉石英

多孔粉石英属于一种火山灰沉积岩。产品自然粒径细（0.5μm左右），颗粒分布均匀，比表面积大（8.3m2/g），外形结构近似球型无棱角状。以电子显微镜图象看，其表面全是纳米级的介孔，平均孔径约为8.8nm（纳米）其物化性能指

标如下：

3.1多孔粉石英应用于橡胶

多孔粉石英，是橡胶工业中新型补强剂和填充剂，它是由火山灰岩石经机械磨加工而成。目前主要通过球磨、气流磨、雷蒙磨加工法通过一定粒径的分级轮筛分制出。外观成灰白色状，白度在70~80之间。一般加工（造粒）直径5um 左右的粒状产品使用。

利用多孔粉石英的目的：大多数用户是为了替代一部份炭黑、白炭黑来降低生产成本。还有一部份用户则是为了能提高橡胶制品的硬度，改善橡胶的加工性能，并能赋予制品其他的一些性能，如提高橡胶制品的使用寿命。

3.1.1多孔粉石英的物理特性：

1、多孔粉石英的物质结构：样品具有粘舌的特性，说明其吸附能力较强，

可能与样品的显微孔洞结构较为发育有关。

多孔粉石英的X射线衍射分析结果如下图2-1示：

图2-1 多孔粉石英的X射线衍射分析图谱

由图2-1多孔粉石英的X射线衍射定性分析知，样品中的主要结晶相为α石英。

图2-2多孔粉石英SEM×2000

图2-3多孔粉石英SEM×4000

图2-4多孔粉石英SEM×8000

图2-2为多孔粉石英的2000×扫描电镜像。由图可以推断，样品主要由粒径小于2微米的细小颗粒组成。

图2-3为多孔粉石英的4000×扫描电镜像。从2-3中更进一步印证图2-2的推断。

图2-4为多孔粉石英的8000×扫描电镜像。图中可知样品主要由粒径为2微米以下的细小颗粒堆积组成，且细小颗粒的晶体发育似乎不是很好。

图2-5 多孔粉石英TEM像

图2-6 多孔粉石英TEM像

图2-7多孔粉石英TEM像

观察图2-5多孔粉石英的TEM像，发现在部分样品颗粒边界（表面）存在纤维状的结构；图2-6为多孔粉石英在更高倍率下的SEM像，可推测该样品颗粒的边界形状并不规则；在更高倍率的SEM像下，观察发现样品颗粒的不规则边界（表面）。可以推测，样品的显微孔洞结构较为发育且结晶发育并不良好。

经镜下鉴定，结合X射线衍射分析，知多孔粉石英中主要相为微晶质二氧化硅，其次为结晶良好的石英，少量锐钛矿和有机质。由多孔粉石英主要相的特性

（结晶发育较差、显微孔洞较为发育）可以推测，该样品应具有火山灰活性。

对多孔粉石英物理特性测试结果如下：

1、多孔粉石英表观密度：按《GB/T208-1994水泥密度测定方法》测得

该样品粉末的表观密度为2.66g/cm3；

2、多孔粉石英烧失量：参照《GB176-1996水泥化学分析方法》，测得其

烧失量为0.4%；

本研究试验中共使用了三种不同粒级的多孔粉石英样品，分别为5μD97、6.14μD97、10μD97，其中粒级为5μD97的多孔粉石英采用气流磨粉磨而成，6.14μD97采用振动磨粉磨而成，10μD97采用气流磨。

下面对以上3个粒级的多孔粉石英样品进行分别介绍：

1）5μD97粒度分布示于表2-2。

表2-2 5μD97粒度分布

粒度分布

平均直径＜0.3μm ＜0.5μm ＜1μm ＜3μm ＜5μm ＜8.06μm

百分比 6 12.71 32.5 83.5 97.1 100 1.53μm 其粒度分布与级配曲线见下图2-8及2-9：

图2-8 多孔粉石英5μD97粒度分布

图2-9多孔粉石英5μD97级配曲线

2）6.14μD97粒度分布示于表2-3。

表2-3 6.14μD97粒度分布

粒度分布

平均直径＜0.3μm ＜0.5μm ＜1μm ＜3μm ＜5μm ＜12.37μm

百分比 4.1 8.03 21.23 65.17 88.11 100 2.24μm 其粒度分布与级配曲线见下图2-10及2-11：

图2-10多孔粉石英6.14μD97粒度分布

图2-11多孔粉石英6.14μD97级配曲线

3）10μD97粒度分布：见表2-4

表2-4 10μD97粒度分布

粒度分布

平均直径＜0.3μm ＜0.5μm ＜1μm ＜3μm ＜5μm ＜21.12μm

百分比 2.11 7.23 18.04 57.16 81.12 100 2.62μm