碳酸鈣在橡膠中的應(yīng)用

碳酸鈣具有資源廣、毒性和污染性低、白度高、填充量大和價格低等特點(diǎn) ,在橡膠工業(yè)中應(yīng)用 ,是橡膠制品主要的淺色填料。

碳酸鈣又分為重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣、納米碳酸鈣及改性碳酸鈣等，不同的碳酸鈣產(chǎn)品在橡膠制品中所起的作用各不相同，因而其應(yīng)用領(lǐng)域也略有差別。

重質(zhì)碳酸鈣+橡膠

重質(zhì)碳酸鈣是常用的粉狀無機(jī)填料，具有純度高、惰性大、穩(wěn)定性好、白度高、吸油率和折射率低、分散性好等特點(diǎn)，在橡膠制品中補(bǔ)果差，主要起填充作用。

重質(zhì)碳酸鈣硫化膠的力學(xué)性能不及輕質(zhì)碳酸鈣和改性碳酸鈣硫化膠性能好，其硫化膠耐磨性和定伸應(yīng)力也比不上炭黑、陶土或硅酸鹽硫化膠。并且重質(zhì)碳酸鈣粒子的粒徑過大還會導(dǎo)致硫化膠的物理機(jī)械性能下降。但是其生產(chǎn)成本較低，在橡膠中與其他補(bǔ)強(qiáng)劑或填充劑一起使用能夠調(diào)整硫化膠的性能并且降低生產(chǎn)成本。

重質(zhì)碳酸鈣用作天然橡膠、丁苯橡膠、膠乳等的惰性填充劑，適用于制造鞋跟、鞋底、地板、膠管、發(fā)泡制品、模制品和壓出制品等。

輕質(zhì)碳酸鈣+橡膠

輕質(zhì)碳酸鈣粉體具有顆粒形狀規(guī)則、粒度分布較窄、粒徑較小等特點(diǎn)。在橡膠制品中主要用作白色或淺色橡膠的補(bǔ)強(qiáng)填充劑。

輕質(zhì)碳酸鈣具有半補(bǔ)強(qiáng)性，能提高硫化膠的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度以及耐磨性能，且在高填充下不會導(dǎo)致過高的定伸應(yīng)力，在膠料中易分散、不影響硫化。填充輕質(zhì)碳酸鈣的硫化膠物理機(jī)械性能略高于填充重質(zhì)碳酸鈣的硫化膠。

輕質(zhì)碳酸鈣在天然橡膠和合成橡膠膠料中用量很大。在天然橡膠輪胎胎面膠中用量可達(dá)30份，簾布膠中可達(dá)50份，內(nèi)胎膠中可達(dá)60份；膠管中用量可達(dá)50份，膠帶中可達(dá)20份；膠鞋中可達(dá)50份等。

納米碳酸鈣+橡膠

納米碳酸鈣粉體與普通碳酸鈣粉體相比，具有小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，能夠產(chǎn)生普通碳酸鈣不具備的優(yōu)異性能，在橡膠制品中主要起補(bǔ)強(qiáng)、填充、調(diào)色的作用。

納米碳酸鈣活性高，補(bǔ)強(qiáng)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輕質(zhì)碳酸鈣，與沉淀法白炭黑相當(dāng)。納米碳酸鈣在橡膠中有良好的分散性和相容性，可使橡膠易混煉、易分散、能改善膠料的加工性能，提高制品的力學(xué)性能。同時納米碳酸鈣具有空間立體結(jié)構(gòu)，粒子形態(tài)多樣，研究發(fā)現(xiàn)不同晶型的納米碳酸鈣對橡膠的補(bǔ)果不一，其中以連鎖狀納米碳酸鈣對橡膠的補(bǔ)果好。

值得注意的是，它不但可以作為補(bǔ)強(qiáng)填充劑單獨(dú)使用，而且可根據(jù)生產(chǎn)需求與其他填充劑配合使用，不但可以達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)、填充、改善加工工藝和提高制品性能的作用，還具有增白作用并部分取代白炭黑、鈦白粉等價格昂貴的白色填料。

橡膠行業(yè)是納米碳酸鈣的主要消費(fèi)大戶，主要應(yīng)用于力車輪胎胎內(nèi)膠和外胎、汽車輪胎內(nèi)胎和外胎特殊部位、膠帶膠管、膠鞋、膠布中。適用于NR、BR、SBR等橡膠體系。

改性碳酸鈣+橡膠

改性碳酸鈣又稱為活性碳酸鈣，是使用表面改性劑對輕質(zhì)碳酸鈣、納米碳酸鈣進(jìn)行表面改性而制得。經(jīng)改性后的碳酸鈣和改性前相比一般具有粒徑小、吸油值低、分散性好、補(bǔ)強(qiáng)性好等特點(diǎn)。

改性碳酸鈣的補(bǔ)強(qiáng)性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于未改性碳酸鈣，其補(bǔ)強(qiáng)性主要是由于表面改性劑是具有兩親基團(tuán)的有機(jī)物，即具有親水基團(tuán)和親油基團(tuán)，表面改性劑通過兩個基團(tuán)將碳酸鈣和橡膠緊密結(jié)合在一起，這有利于提高橡膠的物理機(jī)械性能，改善加工性能，并提高制品的延伸性、拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度等性能。

填充碳酸鈣硫化膠拉伸斷面SEM

碳酸鈣填充硫化膠切割面SEM

 

改性碳酸鈣主要應(yīng)用于輪胎、膠管、膠帶、油封和汽車配件等橡膠制品中，適用于NR、NBR、SBR等橡膠。

總結(jié)

碳酸鈣是橡膠工業(yè)用的主要填充補(bǔ)強(qiáng)劑之一。其中重鈣主要作為填充劑使用以降低成本；輕鈣具有半補(bǔ)強(qiáng)性，能夠提升硫化膠的物理機(jī)械性能；納米碳酸鈣和改性碳酸鈣的補(bǔ)強(qiáng)性能優(yōu)越，還具有調(diào)色增白效果，能部分替代價格昂貴的白炭黑、鈦白粉等。綜合來看，未來橡膠用碳酸鈣將逐漸由重鈣或輕鈣向納米碳酸鈣和改性碳酸鈣發(fā)展。

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