中國粉體網訊 橡膠被廣泛用于交通、機械、電子、國防和國民經濟的其它領域，但橡膠也存在自身明顯的缺點，如橡膠分子間作用力小、自由體積大、自結晶能力差等，從而導致橡膠材料強度和模量低、耐磨性能不好等。因此，需要通過添加無機非金屬填充材料來滿足應用的要求。
一般而言，無機非金屬填充材料在橡膠中主要有以下幾個作用：補強作用、填充（增量）與降低成本、改善加工性能、調節硫化特性、賦予特殊功能。
橡膠中常用的無機非金屬礦填充材料
（1）白炭黑
白炭黑是目前橡膠工業領域僅次于炭黑應用最多的補強劑。白炭黑的化學式為SiO2·nH2O，粒子結構間含有很多的空隙，當空隙在2nm-60nm這個范圍內時，很容易與其它高分子相結合，這就是白炭黑作為補強劑的主要原因。白炭黑作為補強劑能夠極大地提升材料的耐磨性和抗撕裂性能，它還能顯著提高輪胎的力學性能，廣泛應用于車輛、儀器、航空等領域。
（2）輕質碳酸鈣
輕質碳酸鈣是橡膠工業中使用最早、量最大的填充劑之一，輕質碳酸鈣大量填充在橡膠中，可以增加制品的容積，從而節約昂貴的天然橡膠達到減低成本的目的；輕質碳酸鈣填入橡膠能獲得比純橡膠硫化物更高的抗張強度耐磨性、撕裂強度，并在天然橡膠和合成橡膠中有顯著的補強作用，同時可以調整稠度，用于電纜行業能起一定的絕緣作用。
（3）高嶺土
高嶺石是含水的一種鋁硅酸鹽，屬于常見的粘土礦物，這種礦物在橡膠中的實際應用，能夠提升橡膠本身的彈性、阻隔性、伸長率以及抗屈撓性。將改性后的高嶺石添加到丁苯橡膠當中，橡膠本身的延展率、撕裂強度以及邵氏硬度都得到大幅提升，同時也延長了橡膠使用壽命。
（4）陶土
輪胎制造過程中，根據輪胎生產工藝要求，可以加入陶土。陶土作為輪胎的一種填充劑，降低成本使用。但必須是活性陶土，便于與橡膠相結合。活性陶土或改性陶土，可在配方中部分替代炭黑。
研究表明，隨著陶土用量增加，膠料的硬度、300%定伸應力和拉伸強度略有下降，但可以通過調整硫化體系獲得彌補。使用在胎面配方中，在優化體系后，還可以達到降低滾動阻力的效果。
（5）硫酸鋇
能夠有效增強輪胎橡膠、膠帶等橡膠制品的抗老化性以及耐候性，除此之外，還能夠提升橡膠制品表面光滑度，作為一種粉體形態的橡膠填料，不僅能夠提高上粉率，而且在經濟成本方面具有明顯的優勢。
（6）滑石
滑石粉在橡膠中的應用滑石粉通常分為一般工業用滑石粉以及超細滑石粉，前者作為橡膠填料，不會起到補強作用，對改善橡膠物理性能的作用微乎其微，因此，一般工業用滑石粉常常被用作隔離劑。而對于超細滑石粉來說，補強效果好，如果將其作為橡膠填料，橡膠本身所具備的拉伸強度等于白炭黑產生的效果。
（7）石墨
石墨屬于片層狀硅酸鹽類非金屬礦物，具有較好的導熱性、導電性以及潤滑性。以石墨作為橡膠填料，與蒙脫石的處理方法類似，即將石墨應用特殊工藝進行分解，轉換成為納米尺寸的顆粒，當納米顆粒與橡膠基體結合后，橡膠的各項功能指標也得到改善。比如導電性、導熱性、氣密性以及機械性能，都得到大幅提升。
填料在橡膠產品中的用量
輪胎――胎面炭黑用量40～50份。基本上不用非補強填料，或用少量陶土。內胎膠中可用20份左右的陶土或輕質碳酸鈣。
膠帶――炭黑用量25～45份。碳酸鈣可用于各部件，用量10～113份。碳酸鎂可用于平帶封口膠和邊膠漿，用量分別為40份、50份。硫酸鋇用于平帶擦貼膠，用量為25份。
膠管――炭黑用量15~45份。碳酸鈣用量33~128份，陶土用量20～50份，碳酸鎂用量25份，輸酸堿膠管中還用硫酸鋇30份。
膠鞋――黑色鞋底炭黑用量50份，超細活性碳酸鈣（白艷華）50份，陶土40份，白色鞋底白碳黑用量55份，超細碳酸鈣15份，鈦白粉2份。
膠布制品――碳酸鈣和陶土可用于各類膠布制品，用量30～150份，硫酸鋇用于氣密膠布，用量為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。碳酸鈣可用20份。
密封制品――油封可用白炭黑70份。密封條用炭黑25份，碳酸鈣10份，耐油真空密封用陶土30份，炭黑40份。隔膜用炭黑15份，碳酸鈣54份。
膠乳制品――膠乳手套可用硫酸鋇10~15份或碳酸鈣5份，海綿膠乳配方中可用滑石粉20份，氯丁乳膠絲配方中可用陶土2~3份，多孔模型膠乳配方中可用陶土100份，或碳酸鈣100~300份。
10月29-31日，北京粉體技術協會、柏德英思展覽（上海）有限公司、山東中粉會展服務有限公司將在上海跨國采購會展中心聯合主辦“上海國際非金屬礦工業展覽會（SINMMIE2025）”，展會現場將同期舉辦“非金屬功能粉體加工與應用技術交流會”，屆時將邀請青島科技大學段詠欣教授作《無機粉體材料在橡膠領域的應用和發展》專題報告，分享主流無機粉體材料如碳酸鈣類、硅酸鹽礦物（高嶺土、滑石粉等）、層狀結構材料（石墨、蒙脫石等）、新型/廢棄物基材料（粉煤灰等）在橡膠材料中的應用技術和發展趨勢。
專家介紹
段詠欣，二級教授，青島科技大學博士生導師，擔任中國輪胎循環利用協會碳中和委員會副會長、全國橡膠與橡膠制品標準化技術委員會膠乳制品分技術委員會委員、青島科技大學學報編委等職務。主要從事高分子材料加工與循環利用方向的研究，發表SCI論文百余篇；獲準授權專利40余項。榮獲山東泰山學者海外特聘專家、德國洪堡學者、山東省自然科學獎二等獎、山東省高等學校科學技術獎二等獎等榮譽。
參考文獻：
張振：非金屬礦物在橡膠中的應用探究，咸陽非金屬礦研究設計院有限公司
關新欣：改性白炭黑填充橡膠復合材料性能及溫度相關性本構關系研究，青島科技大學
輪胎橡膠填料技術綜述，李頎等，國家知識產權局專利局審查協作北京中心
粉體網：輕質碳酸鈣在橡膠中的用途
(中國粉體網編輯整理/昧光)
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