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湿法绢云母粉在天然胶和丁苯胶中的应用

浏览次数: 日期:2010年3月9日

我国绢云母资源十分丰富。但绢云母生产技术和应用研究与发达国家相比还有较大差距。绢云母粉生产企业一般规模不大,采矿时采富弃贫,资源浪费大,生产工艺主要采用干法生产。干法工艺的主要缺点是破坏了绢云母的片状结构。绢云母粉主要用在橡胶、造纸、涂料、化妆品等行业,少量绢云母粉作为初级产品出口国外。
在橡胶行业中,绢云母粉 主要用作隔离剂,脱模剂、表面处理剂。突破绢云母粉的传统应用理念,将绢云母粉 作为一种补强填充剂,其生产工艺采用湿磨法,最大限度地保存绢云母的片状结构,将为橡胶加工企业带来较好的经济效益。

1 实验部分
1.1 主要原材料
天然橡胶:3#烟片胶;丁苯橡胶(1500);湿磨绢云母粉(主要性能指标:平均粒径 5.5μm,径厚比 20~50,pH值 6~8,堆积密度 0.35g/cm3);其他配合剂均为常用的国产原材料。
1.2 实验基本配方
天然橡胶胶料用配方(份):3#烟片胶100.0,促进剂D 0.6,促进剂M 0.8,硫黄 2.5,氧化锌 5.0,硬脂酸 2.5,补强填料 50,合计 166.4。
丁苯橡胶胶料用配方(份):丁苯橡胶(1500)100.0,硬脂酸 1.0,氧化锌 3.0,硫黄 1.75,促进剂CZ 1.2,补强填料 60,合计 166.95。

2 硫化胶料性能及讨论
2.1 天然橡胶硫化胶性能
天然橡胶硫化胶性能见表1
表1 不同补强填料在天然橡胶中性能对比
 

补强填料

湿磨绢云母

半补强炭黑

活性轻钙

活性硅粉

硬质陶土

硅铝炭黑

硫化仪(153℃) T10,min

5.6

0.6

5

5.2

5.2

10.7

硫化仪(153℃)T90,min

11.6

11.6

1.4

12.2

13.5

16.4

硫化条件153℃×

T正

3T正

T正

3T正

T正

3T正

T正

3T正

T正

3T正

T正

3T正

邵尔A硬度,度

55

51

60

62

48

46

51

49

49

47

51

51

拉断伸长率,%

561

598

489

444

668

693

650

671

608

618

550

489

拉伸强度,MPa

22.8

18.6

22.2

19.2

19.7

16.5

22.7

17.5

20.9

17.6

19.7

15.3

300%定伸应力,MPa

7.1

5.3

12.3

11.8

3.2

2.7

3.6

2.9

5.2

4.5

4.7

3.6

拉断永久变形,%

44

47

29

19

33

25

32

28

48

37

47

41

撕裂强度,kN/m

45.1

 

47.1

 

33.1

 

39.8

 

40.4

 

38.1

 

胶料密度,kg/m3

1210

 

1150

 

1210

 

1200

 

1200

 

1190

 

注:T正表示该配方的正硫化时间,3T正表示3倍的正硫化时间(下同)
我们知道,天然橡胶纯胶具有较高的拉伸性能,纯胶拉伸强度为22~28MPa,300%定伸应力为10~16MPa,补强填充剂的加入实际上使硫化胶的强力性能下降,在相同填加量的条件下,填料的补强性能以使胶料的强力性能下降幅度较小者为好。在表1中,从拉伸强度看,湿磨绢云母粉、活性硅粉和半补强炭黑基本上差不多, 活性轻质碳酸钙、硅铝炭黑等稍差一些。从300%定伸应力看,半补强炭黑最高,其次是湿磨绢云母粉,而活性轻质碳酸钙、硅铝炭黑、硬质陶土等, 与半补强炭黑差距明显。比较撕裂强度,湿磨绢云母粉和半补强炭黑相当,其它几种填料较差。 从耐磨性能比较,半补强炭黑最好,其余补强填料基本上处于同一水平。通过以上的比较, 单从拉伸强度和撕裂强度来看,湿磨绢云母粉已基本达到半补强炭黑水平, 定伸应力和耐磨性与半补强炭黑相比还有一定的差距,但和其他几种无机填料比,都明显要好。
2.2 丁苯橡胶硫化胶性能
填加不同补强填料的丁苯胶料性能列于表2。
表2 不同补强填料在丁苯橡胶中性能对比

补强填料

湿磨绢云母

半补强炭黑

活性轻钙

活性硅粉

硬质陶土

硫化仪(153℃) T10,min

7.6

11

18.4

17.8

3.6

硫化仪(153℃) T90,min

12.5

17.4

25

39.7

16.6

硫化条件153℃×

T正

3T正

T正

3T正

T正

3T正

T正

3T正

T正

3T正

邵尔A硬度,度

62

61

68

67

54

55

41

51

56

57

拉断伸长率,%

692

641

489

438

943

822

728

989

807

740

拉伸强度,MPa

12.9

8.5

19.6

19.6

9.5

7.0

6.0

4.2

11.5

7.5

300%定伸应力,MPa

4.1

3.8

12.3

13.6

2.3

2.5

0.9

1.9

2.4

2.4

拉断永久变形,%

35

35

11

10

45

36

46

32

5

31

撕裂强度,kN/m

36.1

 

53.3

 

25.5

 

21.6

 

29.3

 

补强填料在橡胶中的补强性能很容易从丁苯胶的实验中得到验证, 因为丁苯胶的内聚强度低无自补强能力,它的强度主要取决于所填加的补强剂的补强水平。在 表2 中,从胶料的拉伸性能看,炭黑的补强水平明显比其他填料高,填加炭黑的胶料拉伸强度为19.6 MPa, 填加绢云母粉的胶料为12.9 MPa,比活性轻质碳酸钙、活性硅粉、硬质陶土等高。从300% 定伸应力看,常用无机填料的弱点表现得更加突出,其中填加活性硅粉的胶料的300% 定伸应力最低,相比较而言,湿磨绢云母粉的胶料达4.1 MPa,说明湿磨绢云母粉具有补强性能。

3 结论及分析
3.1 湿磨绢云母粉具有补强性能
从湿磨绢云母粉在 NR和SBR中的应用实验可知,湿磨绢云母粉具有补强性,可部分代替炭黑或白炭黑。绢云母粉的补强性能与其结构密切相关。首先,湿磨法生产使绢云母粉保持其特有的片状结构,有较大的径厚比,而干磨法生产会使一部分绢云母由片状磨成粉状。其次,绢云母粉典型的层状铝硅酸盐结构,在层状硅氧骨干中,铝起着双重的作用。一方面它可以呈四面体配位,大约有四分之一硅氧四面体为它所取代,形成铝硅酸盐;另一方面它又可以呈六次配位,并存在于硅氧骨干之外起着阳离子作用,形成铝的铝硅酸盐。湿磨法生产绢云母粉,采用先进的闪速干燥技术,使绢云母颗粒表面保留着一些活性点,因而应用在橡胶中具有补强性能。
3.2 湿磨绢云母粉具有良好的加工性能
湿磨绢云母粉的水溶液pH值接近中性,不会对胶料的硫化速度和焦烧时间有影响。在混炼时吃粉快,易于分散,混炼胶流动性好。由于粒子细,呈片状,橡胶制品外观光滑,手感性好。
3.3 湿磨绢云母粉具有明显的性能价格比优势
充分地利用现代科学技术成果,采用先进的湿法生产工艺,可实现自动化大规模生产,产品质量性能稳定,规模效应使绢云母粉有较低的生产成本。如果用湿磨绢云母粉取代轻质碳酸钙,硬质陶土等常用的无机填料,在胶料成本基本不增加的前提下,可大大提高橡胶制品质量。如果用湿磨绢云母粉部分取代半补强炭黑或白炭黑,在胶料性能不变的情况下,可降低生产成本。
某橡胶企业用湿磨绢云母粉与其现用的硅铝炭黑进行对比试验,结果表明填加湿磨绢云母粉的硫化胶料各项物理机械性能均优于硅铝炭黑胶料。将湿磨绢云母粉用于该厂9.00-20 胎侧胶中,调整配方后的胶料性能变化不大,而胶料成本降低了。
综上所述,湿磨绢云母粉具有补强性能,作为一种补强填充剂应用于橡胶行业中,性能价格比优势明显,有利于提高橡胶制品企业的市场竞争能力。

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