非金属矿物的表面改性技术及其在橡胶工业中的应用

自制改性高岭土在ＡＣＭ橡胶中的应用王达兵作者单位：核工业建峰化工总厂论文时间：1998年8月改性高岭土对ACM橡胶物理性能的影响王达兵中国核工业建峰化工总厂摘要：通过对高岭土改性，大大提高了其对ACM橡胶的补强作用及其综合物理性能。

对降低ACM橡胶制品生产成本有较大作用。

关键词：改性高岭土丙烯酸酯橡胶影响ACM橡胶（丙烯酸酯橡胶）因其具有优异耐油性和耐热性受到极大关注，在汽车、摩托车及相关耐热耐油制品领域的应用也越来越广泛。

业内对其配合技术的研究也从未间断过。

因高岭土可替代炭黑或白炭黑在橡胶中的补强填作用，且有比较重要的经济意义，因此国内外对高岭土改性的研究也正在兴起。

特别是纳米高岭土对橡胶补强方面的研究报导特别多。

高岭土表面改性就是指根据应用的需要，用物理的、化学的或机械的方法对高岭土表面进行处理以改变其表面的理化性质，如表面晶体结构和官能团、表面能、表面电性、表面浸润等[1]。

本工作初步探讨了改性高岭土对ACM橡胶物理性能的影响。

1.实验部分1．1实验材料ACM橡胶（JF-ACM-95，JF-ACM-96），中国核工业建峰化工总厂生产；KY-405，进口；TCY，进口；BZ，浙江东海黄岩化工厂生产，硬脂酸（Lutacid S 200A ）四川天宇油脂化学公司生产，硅烷偶联剂KH550，KH-560，KH-570，四川晨光化工研究院，高岭土，内蒙古蒙西高岭土粉体股份有限公司。

其它助剂均为市售工业级橡胶辅料。

1．2主要实验设备XK-230橡胶开炼机，大连橡胶机械厂制造，QLD-400×2电加热平板硫化机，上海西玛伟力机械有限公司制造，R-100E硫化仪，北京友深电子仪器公司制造，M200门尼粘度测试仪，北京友深电子仪器公司制造，拉力试验机，长沙材料试验机厂制造。

1．3测试标准未硫化橡胶门尼粘度的测试按标准GB/T1232-1992进行；硫化橡胶邵尔A硬度按GB/T-531-1992进行；硫化橡胶拉伸性能的测试按GB/T528-1998进行；压缩永久变形测定按GB/T 7759—1996进行，硫化橡胶耐热空气老化性能按GB/T 3512—2001进行；硫化橡胶耐液体介质测试方法按GB/T 1690—2006标准进行。

橡胶材料的改性与应用一、引言橡胶材料是一类使用广泛的高分子材料，其独特的物理特性使得其在汽车、电子、医疗器械、家具等领域得到了广泛的应用。

然而，由于橡胶本身具有一些不足之处，如低抗张强度、易老化、低温应力开裂等问题，为了克服这些问题，人们在橡胶材料的基础上进行了一系列改性研究，例如填充剂、增塑剂、耐热剂等，从而提高了橡胶材料的性能，扩大了其应用范围。

二、橡胶材料的改性1.填充剂的改性填充剂是橡胶材料中必不可少的一种加工材料，不仅可降低橡胶材料的成本，还可改善橡胶材料的性能。

通常，填充剂可分为无机填料和有机填料两种。

(1)无机填料无机填料主要包括二氧化硅、氧化铝、氧化钙、碳黑等，这些填充剂在橡胶中添加后可提高其硬度、强度和尺寸稳定性，并且有助于防止老化。

此外，无机填料还可以降低橡胶的热膨胀系数，提高耐摩擦性能。

(2)有机填料有机填料主要包括硅酸镁、硅酸钙、聚合物等，这些填充剂在橡胶中添加后不仅能提高硬度、强度和尺寸稳定性，而且能降低橡胶的滚动阻力，提高其耐磨、耐腐蚀性能。

2.增塑剂的改性增塑剂是一种在橡胶加工中广泛用于提高橡胶可加工性和柔韧性的添加剂，常用的增塑剂有石蜡、硬脂酸酯、磺化橡胶等。

但是，增塑剂的添加过多会导致橡胶失去初始的物理和机械性能，并且增塑剂还会影响橡胶的寿命和稳定性。

因此，为了克服这些问题，研究人员提出了一些改性策略，例如将增塑剂改为具有高温稳定性的磺化橡胶，这样不仅可以降低橡胶的热变形温度，而且可以提高其耐高温和耐油性能，从而扩大其应用范围。

另外，还有一种微型胶囊增塑剂，在橡胶加工的过程中，这些微型胶囊会分解并释放填充物，从而提高橡胶的机械性能和稳定性。

3.耐热剂的改性橡胶在高温环境下容易发生老化、硬化等现象，耐热剂的添加可以有效地改善这种情况。

耐热剂通常是一种与橡胶中的各种化学结构相互作用产生交联的物质，常用的耐热剂有过氧化物、双酚A、酚醛树脂等。

在这些耐热剂的基础上，研究人员也提出了一系列改性策略，例如将热稳定性高的有机硅类化合物添加到橡胶中，这种化合物能够降低橡胶的热膨胀系数、改善其耐热性能和抗老化性能，并且可以提高橡胶的加工性和柔韧性。

2016年10月纳米碳酸钙的表面改性及其在橡胶中的运用闻新春（乌鲁木齐泰迪安全技术有限公司中级工程师,新疆乌鲁木齐830000）摘要：在现实生活中塑料以及橡胶制品的主要填充材料就是纳米碳酸钙，纳米碳酸钙作为一种填料有着很强大的功能，不仅可以调高塑料制品的刚度、尺寸稳定性、耐磨性以及耐热性，还在很大程度上减少了支出的成本。

但是纳米碳酸钙仍有着一定的缺陷，因此我们需要对纳米碳酸钙进行一定的表面改性工作，使纳米碳酸钙的表面尽量的缩小，提高纳米碳酸钙的分散性，使其表面呈现出亲油性，只有这样才能使高聚物与纳米碳酸钙在亲和性上有着明显的提高。

本文这要对纳米碳酸钙的表面改性以及其在橡胶中的应用进行分析。

关键词:纳米碳酸钙；表面改性；橡胶在发达国家纳米碳酸钙在橡胶制品的使用上已经非常的普遍了，而且增长速度还在逐步的上升。

纳米碳酸钙相较与普通的微米碳酸钙来说有着容易集成团，表面疏油亲水还有表面能高的特点，在一些弱极性和非极性的橡胶中很难以均匀的进行分散。

对纳米碳酸钙进行表面改性工作已经是国内外研究的一个焦点。

1纳米碳酸钙的表面改性工作1.1高能表面处理（1）表面的辐照改性：根据调查研究发现纳米碳酸钙在它的表面有一些孤对电子，而且它的状态并不是特别的稳定，很容易和大气中的一些水分进行化学吸附导致纳米碳酸钙的表面产生大量的羟基，然而只要将纳米碳酸钙进行辐照我们会发现会产生一些自由基并且引发单体进行自由的聚合，这样就使塑料橡胶制品的填料表面出现一层聚合物膜或者是有机膜。

以至于高分子材料与填料的表面性质的相容性在一定程度上得到改善。

（2）等离子体的表面改性：这种方法主要采用的是辉光放电等离子系统进行实现的，通过等离子对气体进行处理，经过化学反应就会在纳米碳酸钙的表面出现一种有机包覆膜。

（3）无机体的改性：无机体对于纳米碳酸钙来说有着非常良好的作用不仅可以增加纳米碳酸钙的耐酸程度还可以对纳米碳酸钙的分散性进行一定的改善。

主要原理就是纳米碳酸钙可以和磷酸酯进行一定的化学反应，使纳米碳酸钙表面的盖离子变成磷酸盐，生成的磷酸盐对纳米碳酸钙的离子表面进行包裹，充分的改善了纳米碳酸钙的亲油性以及分散性。

常用填料在橡胶产品的作用及用量选择橡胶工业大量使用填料作配合剂，其用量仅次于橡胶耗用量。

补强填料用于橡胶，不仅能提高橡胶制品的强度，而且能改善胶料的加工性能，并赋予制品良好的耐磨耗、耐撕裂、耐热、耐寒、耐油等多种性能，可延长制品的使用寿命。

非补强填料用于橡胶，主要起填充增容作用，某些品种也兼有隔离、脱模或着色的作用。

1、一般要求(1)补强填料粒子表面要有强的化学活性，能与橡胶产生良好的结合，能改善硫化胶的力学性能、耐老化性能和粘合性能。

非补强填料粒子表面呈化学惰性，和橡胶不产生化学结合，不影响硫化胶的力学性能及耐候性、耐酸碱性和耐水性。

(2)有较高的化学纯度，细度要均匀，对橡胶有良好的湿润性和分散性。

(3)不易挥发，无臭、无味、无毒，有较好的贮存稳定性。

(4)用于白色、浅色和彩色橡胶制品的填料，还要求不污染，不变色。

(5)价廉易得。

2、性能要求(1)细度：一般说，补强填料颗粒越细，比表面积越大，和橡胶接触面积也越大，补强效果越好。

非补强填料颗粒越细，加入橡胶后混炼效果越好。

但必须分散均匀，如分散不均匀，即使颗粒很细，混炼效果亦不好。

(2)颗粒形状与晶型：填料颗粒形状以球形较好，片形或针形填料在硫化胶拉伸时容易产生定向排列，导致永久变形增大，抗撕裂性能降低。

补强填料中炭黑和白炭黑为无定形，其他填料也有结晶型的。

比如硅微粉虽与白炭黑化学成分均为二氧化硅，但前者为结晶型，后者为无定型。

结晶型填料又分为异轴结晶和等轴结晶两种。

同轴结晶x、y、z三轴相似，各向同性。

异轴结晶x、y、z三轴有显著差异，各向异性在常用非金属矿物填料中，陶土、石墨、硅藻土属异轴结晶系。

碳酸钙为等轴结晶系。

要求耐磨和耐撕裂性能好的橡胶制品，不宜用异轴结晶系物质作补强填料。

(3)表面性质：粉体填料混入橡胶，其粒子被橡胶分子包围，粒子表面被橡胶湿润的程度对补强效能有很大影响。

不易湿润的颗粒，在橡胶中不易分散，容易结团，降低其补强效能。

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
非金属矿物材料表面金属化改性特点及方法
对非金属矿物、粉体、成型制品进行表面镀层金属化处理，在其表面刷镀一层金属薄膜，是电刷镀技术与表面处理技术相结合的产物，是非金属矿物材料表面复合金属的应用新进展。

1、为什么要进行非金属矿材料表面金属化处理
在非金属矿物材料表面刷镀金属层主要是为了达到导电、耐磨、防腐、装饰等目的。

非金属矿物或制品表面金属化处理主要应用于硅酸盐制品、建筑装饰材料、工艺美术品装饰、陶瓷材料、矿物(或矿物纤维)/金属复合材料等非金属矿深加工产品中。

表面金属化的非金属(矿)材料，可获得比单一矿物材料更好的机械强度与耐磨性，不但耐蚀而且容重轻，导电性好，热稳定性提高，装饰性好，不仅可大量节约稀缺的贵重材料，还可降低成本、延长使用寿命，是一种很有前途的非金属矿物/金属复合材料。

2、非金属矿材料表面金属化的特点
非金属矿材料表面金属化，主要是指综合使用各种物理、物理化学及化学手段使材料表面镀覆一层金属化层，为下一步的电镀工序做准备。

因为非金属矿物材料本身大都不导电，因此表面金属化是电镀的关键。

(1)非金属矿物材料表面金属化的分类
非金属矿物材料表面金属化分为干法和湿法两类，干法就是将固态金属转移到非金属材料表面;湿法是将液态的金属或金属离子转移到非金属材料表面。

从原理上看，镀层材料有固体和液体材料。

固体材料有粉末、线材和金属块; 液体材料有机械混合悬浮物，也有化合物等。

从工艺看，有喷、涂、镀、烧、蒸发、溅射。

当利用蒸发、溅射、烧结等方。

专论·综述 合成橡胶工业,2009-11-15,32(6):522～526CH I N A SY NTHETI C RUBBER I N DUSTRY纳米二氧化硅的结构及表面改性对橡胶复合材料性能影响的研究进展许石豪,刘　丰,李小红,张治军3(河南大学特种功能材料教育部重点实验室,河南开封475001) 摘要:分析了纳米Si O2结构及表面改性对其填充橡胶复合材料性能的影响,对比了不同表面改性方法对Si O2增强效果的影响,指出基于良好分散性的适度结构化和高效功能化表面改性是提高Si O2增强橡胶复合材料性能的重要因素。

简要介绍了纳米Si O2在橡胶复合材料中的应用研究现状。

关键词:纳米二氧化硅;结构;表面改性;橡胶纳米复合材料;综述 中图分类号:T Q330138+3 文献标识码:A 文章编号:1000-1255(2009)06-0522-05 近年来,橡胶/无机纳米复合材料以其独特的性能引起了人们的关注,这类复合材料综合了橡胶的韧性、可加工性、介电性和无机粒子的强度、模量、结构稳定性等优良性能,实现了有机高分子与无机纳米材料的分子级复合[1],赋予了橡胶材料许多新奇的特性和规律。

科研工作者对黏土[2]、碳纳米管[3]、蒙脱土[4]、Mg(OH)2等许多无机纳米材料在橡胶基体中的增强作用做了大量研究,并已取得了较为理想的成果。

　纳米Si O2是最早诞生的纳米材料之一,也是目前世界上大规模生产的一种纳米粉体材料。

作为一种优良的结构和功能材料,纳米Si O2具有粒径小、表面活性高、耐高温、无毒、无污染等优点,这为Si O2/橡胶纳米复合材料的研究与开发开辟了新的领域[5-8]。

然而,纳米Si O2较高的表面活性使其在使用过程中极易团聚,而且Si O2与大多数橡胶基体材料相容性较差,这些因素都限制了Si O2在复合材料中性能的发挥。

因此,探讨纳米Si O2独特的微观结构和表面性质对橡胶复合材料机械、黏弹、加工等性能的影响具有十分重要的意义。

六大非金属矿加工技术的进展趋势非金属矿加工是依据物理、化学原理，借助各种机械设备对天然矿物及非传统矿物进行分别、富集、提取、提纯、改性、超细、复合等加工，以获得不同用途的有用物质或矿物功能材料，其特点是以利用非金属矿自身具有的物理性能、化学性能和微观结构特点为重要目的，而不局限于其中的个别化学元素。

非金属矿是人类赖以生存和进展的紧要矿产资源之一。

非金属矿产品是现代工业的紧要基础材料，也是支撑现代高新技术产业的原辅材料和节能、环保、生态等功能性材料，在现代经济和社会进展中扮演越来越紧要的角色。

非金属矿物材料在现代高技术与新材料、传统产业、环保与生态建设等产业以及人类日常生活中的广泛应用是以其较高的技术含量为前提的，因此，高效综合利用和深加工是开发利用非金属矿的必由之路。

而功能化则是非金属矿材料进展的主题。

1、精选提纯由于绝大多数非金属矿物只有选矿提纯以后其物理化学特性才能充分体现和发挥，因此，无论是新兴的高技术和新材料产业、生物医药、环保产业还是传统产业都将对非金属矿物材料的纯度提出更高的要求。

随着非金属矿物材料纯度要求的提高，精选提纯技术的难度也将加添，此外，资源的贫化和资源综合利用率要求的提高也将加添精选提纯技术的难度。

为了充足相关应用领域对非金属矿物原（材）料高纯化的要求，微细粒选矿提纯和综合力场（重力、离心力、磁力、电力、化学力）精选技术将成为将来非金属矿提纯技术的重要进展趋势，特别是石墨、金刚石、石英、长石、高岭土、云母、滑石、硅藻土、错英砂、硅灰石、重晶石、金红石、膨润土、萤石、硅线石、红柱石、蓝晶石、菱镁矿等非金属矿物和岩石。

2、超细粉碎由于超细粉体具有比表面积大、表面活性高、化学反应速率快、烧结温度低且烧结体强度高、填充补强性能好、遮盖率高等优良的物理化学性能。

因此，很多应用领域要求非金属矿物原（材）料的粒度微细（微米或亚微米）；领域不仅要求粒度超细而且要求粒度分布范围窄。

如高档纸张涂料要求重质碳酸钙的细度为—2m90%，粒度分布要求最大粒度5m，—0.2m10%—15%；降解塑料要求重质碳酸钙的细度为—6—7mm97%，要求最大粒度成8m；功能纤维填料要求无机非金属填料的细度为97%2m，最大粒度3m；高聚物基复合材料用氢氧化镁和氢氧化铝阻燃填料要求中位径d501m，9755m。

一、概述硅灰石是一种广泛应用于橡胶工业的无机填料，其在橡胶制品中具有重要的作用。

随着橡胶制品的广泛应用，硅灰石在三元乙丙橡胶中的应用越来越受到关注。

本文将就硅灰石在三元乙丙橡胶中的应用进行深入探讨。

二、硅灰石的特性1. 化学成分：硅灰石主要由硅酸盐和氧化物组成，其主要化学成分为二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钙(CaO)等。

2. 物理性质：硅灰石具有较高的硬度和耐磨性，同时具有良好的耐高温性能。

3. 表面活性：硅灰石表面具有一定的活性，可以与橡胶中的其他组分充分结合。

三、硅灰石在三元乙丙橡胶中的应用1. 增强橡胶的硬度和耐磨性：硅灰石作为一种高硬度的填料，可以有效增强三元乙丙橡胶制品的硬度和耐磨性，提高其使用寿命。

2. 提高橡胶的耐高温性能：硅灰石具有良好的耐高温性能，可以在一定程度上提高三元乙丙橡胶材料的耐高温性能，适用于高温环境下的工业应用。

3. 降低橡胶制品的成本：硅灰石作为一种廉价的无机填料，可以有效降低三元乙丙橡胶制品的生产成本，提高其经济性。

四、硅灰石与其他填料的比较1. 与碳黑的比较：硅灰石相对于碳黑来说，具有更高的硬度和耐磨性，但其增强效果不如碳黑明显。

2. 与沥青的比较：硅灰石相对于沥青来说，具有更好的耐高温性能和化学稳定性，但其与橡胶的结合性不如沥青紧密。

五、硅灰石在三元乙丙橡胶制品中的应用案例1. 硅灰石在汽车轮胎中的应用：通过在三元乙丙橡胶中添加适量的硅灰石，可以大大提高汽车轮胎的耐磨性和耐高温性能，延长轮胎的使用寿命。

2. 硅灰石在工业密封件中的应用：硅灰石可以有效增强工业密封件的硬度和耐磨性，同时提高其耐高温性能，适用于各种高温密封环境。

六、硅灰石在三元乙丙橡胶中的应用前景随着橡胶制品市场的不断扩大，对橡胶材料的性能要求也越来越高，硅灰石作为一种重要的无机填料，其在三元乙丙橡胶中的应用前景十分广阔。

未来，随着硅灰石加工技术的不断提高和应用领域的不断拓展，硅灰石在三元乙丙橡胶中的应用将会得到进一步的推广和深化。

橡胶改性及应用的意思橡胶改性是指通过添加改性剂、填料或其他化学物质来改变橡胶的物理、化学性质，以及优化其性能和应用领域的一种工艺。

通过改性，可以使橡胶具有更好的加工性能、耐磨性、耐老化性、耐化学性、耐高温性、耐低温性等特性，以扩展其应用领域和满足特定需求。

橡胶改性通常可以通过以下几种方式实现：1. 添加改性剂：根据橡胶的性质和需求，可添加活性剂、硫化剂、防老剂、增塑剂等改性剂，以改变橡胶的硬度、强度、韧性等性能。

2. 添加填料：向橡胶中添加填料（如碳黑、硅灰等），可以提高橡胶的硬度、强度、耐磨性和导电性能。

3. 进行表面改性：通过表面处理、涂覆、共混等方法，可以改变橡胶的表面性质，并使其具有更好的黏附性、抗剥离性、耐磨性等特性。

4. 进行共混改性：将橡胶与其他塑料或化合物混合，可以改变橡胶的物理、化学性质，提高其耐溶剂性、耐热性等性能。

橡胶改性的应用非常广泛，以下是几个常见的应用领域：1. 汽车工业：橡胶改性可以提高汽车轮胎、密封件、悬挂系统、传动系统等零部件的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性，从而延长其使用寿命。

2. 电子电器工业：橡胶改性可以提高电线电缆绝缘层、电子元器件密封圈、按键等的耐热性、导电性和耐化学性，以满足电子电器产品对特殊环境的要求。

3. 建筑工业：橡胶改性可以使建筑密封材料、隔音材料、防水材料等具有更好的耐候性、抗压性、耐火性和耐紫外线性能，提高建筑物的安全性和寿命。

4. 医药工业：橡胶改性可以提高药品瓶塞、医用手套、输液管等的耐腐蚀性、耐温度性和生物相容性，以保证药品的质量和安全性。

5. 化工工业：橡胶改性可以提高化工管道、密封垫片、储罐衬里等的耐腐蚀性、耐高温性和耐压性，用于储存和输送各种化工介质。

6. 环保领域：橡胶改性可以应用于橡胶再生领域，使回收的废橡胶具有更好的性能，用于制造再生胶制品，以减少对自然资源的消耗和环境的污染。

综上所述，橡胶改性是一项重要的技术和工艺，通过改变橡胶的组成和结构，可以赋予其更多的性能和应用领域。

无机非金属材料应用实例汇总无机非金属材料是一类在工业、科学以及日常生活中广泛应用的材料，它们具有独特的性能和特点，在各个领域中起到了重要的作用。

本文将汇总一些无机非金属材料的应用实例，以展示它们在不同行业中的重要性和广泛应用。

1. 硅胶材料硅胶是一种非金属、无机材料，具有优异的物理和化学性质，被广泛应用于医疗、电子、化工以及食品等行业。

在医疗领域，硅胶材料被用于制作人工器官、医疗器械和医疗高分子材料等，具有生物相容性好、耐高温、抗菌性强等特点。

在电子领域，硅胶被用作电子封装材料，用于保护和固定电子元件，具有电绝缘性、耐高温、抗震动等特点。

2. 陶瓷材料陶瓷是一种非金属材料，尤其在建筑、制造业、电子以及航空航天领域中有着广泛的应用。

在建筑领域，陶瓷被用于制作地砖、墙砖、卫生洁具等，具有耐高温、耐腐蚀、易清洁等特点。

在制造业中，陶瓷材料被用于制作切割工具、磨料、车削工具等，具有硬度高、耐磨损、导热性好等特点。

在电子领域，陶瓷被用作绝缘体、电容器等，具有绝缘性好、尺寸稳定性高等特点。

3. 碳纤维材料碳纤维是由纤维素或人造纤维素为原料，经过炭化、碳化等工艺处理制备而成的无机非金属材料。

碳纤维具有轻质、高强度、耐高温等特点，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。

在航空航天领域，碳纤维被用于制作飞机结构件、导弹外壳等，可以减轻重量、提高飞行性能。

在汽车领域，碳纤维被用于制作车身、发动机零部件等，可以提高车辆的燃油效率、降低能耗。

在体育器材领域，碳纤维被用于制作高尔夫球杆、自行车等，具有重量轻、强度高等特点。

4. 耐火材料耐火材料是一类针对高温环境设计的无机非金属材料，主要用于高温炉窑、冶金等行业。

耐火材料具有耐高温、耐腐蚀、导热性低等特点。

它们可以抵抗高温环境下的化学侵蚀，保护设备和工具的稳定性和整体性能。

一些常见的耐火材料包括火砖、耐火陶瓷、耐火水泥等。

总结回顾：无机非金属材料在各个行业中都具有广泛的应用，从医疗、电子到建筑、航空航天等领域，它们都起到了不可替代的作用。