고무산업에서의 무기분말소재의 응용 및 개발

고무는 운송, 기계, 전자, 방위 등 국가 경제의 여러 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 고무는 분자간 인력이 약하고, 자유 부피가 크며, 자기 결정성이 낮다는 단점이 있어 고무 소재의 강도와 탄성률이 낮고 내마모성이 저하됩니다. 따라서 이러한 용도의 요구 사항을 충족하기 위해서는 무기 비금속 필러를 첨가하는 것이 필수적입니다.

일반적으로 고무에 사용되는 무기 비금속 필러는 주로 보강, 충진(부피 증가) 및 비용 절감, 가공 성능 향상, 가황 특성 조절, 특수 기능 부여 등의 기능을 합니다.

고무에 일반적으로 사용되는 무기 비금속 광물 필러

(1) 실리카

실리카는 현재 고무 산업에서 카본 블랙 다음으로 두 번째로 널리 사용되는 보강제입니다. 실리카의 화학식은 SiO₂·nH₂O이며, 입자 구조에는 많은 공극이 있습니다. 이러한 공극이 2nm~60nm 범위에 있을 때 다른 폴리머와 쉽게 결합하는데, 이것이 실리카가 보강제로 사용되는 주된 이유입니다. 보강제로서 실리카는 재료의 내마모성과 인열 저항성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 또한 타이어의 기계적 성질을 크게 향상시킬 수 있으며, 자동차, 계측기, 항공우주 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.

(2) 경질 탄산칼슘

경질 탄산칼슘은 고무 산업에서 가장 오래되고 널리 사용되는 충전제 중 하나입니다. 고무에 다량의 경질 탄산칼슘을 첨가하면 제품의 부피를 증가시켜 값비싼 천연 고무를 절약하고 비용을 절감할 수 있습니다. 경질 탄산칼슘 충전 고무는 순수 고무 가황물보다 더 높은 인장 강도, 내마모성 및 인열 강도를 얻을 수 있습니다. 천연 고무와 합성 고무 모두에서 상당한 보강 효과를 나타내며, 점도 조절에도 효과적입니다. 케이블 산업에서는 일정 수준의 절연성을 제공할 수 있습니다. (3) 카올린

카올리나이트는 일반적인 점토 광물인 함수 알루미노실리케이트입니다. 고무에 실제로 적용하면 고무의 탄성, 차단성, 신율 및 굽힘 강도가 향상됩니다. 스티렌-부타디엔 고무(SBR)에 변성 카올리나이트를 첨가하면 고무의 신율, 인열 강도 및 쇼어 경도가 크게 향상되고 수명도 연장됩니다.

(4) 점토

점토는 생산 공정 요건에 따라 타이어 제조 과정에서 첨가될 수 있습니다. 점토는 비용 절감을 위해 충전제로 사용되지만, 고무와의 결합을 용이하게 하기 위해서는 활성화된 점토여야 합니다. 활성화 또는 변성 점토는 배합에서 카본 블랙을 부분적으로 대체할 수 있습니다.

연구에 따르면 점토의 양이 증가함에 따라 고무 배합물의 경도, 300% 인장 응력 및 인장 강도가 약간 감소하지만, 가황 시스템을 조정하여 이를 보상할 수 있습니다. 트레드 배합에 사용할 경우, 시스템 최적화 후 구름 저항을 줄일 수도 있습니다.

(5) 황산바륨

타이어 고무 및 벨트와 같은 고무 제품의 노화 방지 및 내후성을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 또한 고무 제품의 표면 평활성을 향상시킬 수 있습니다. 분말 고무 충진재로서 분말 도포율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 경제적 측면에서도 뚜렷한 이점을 제공합니다.

(6) 활석

활석 분말은 일반적으로 일반 산업용 활석 분말과 초미립 활석 분말로 구분됩니다. 전자는 고무 충진재로서 보강 역할을 하지 않으며 고무의 물성 향상에 미치는 영향이 미미합니다. 따라서 일반 산업용 활석 분말은 분리제로 자주 사용됩니다. 반면 초미립 활석 분말은 보강 효과가 우수합니다. 고무 충진재로 사용할 경우 고무 자체의 인장 강도는 실리카가 생성하는 효과와 동일합니다.

(7) 흑연

흑연은 층상 규산염 비금속 광물에 속하며 열전도도, 전기 전도성 및 윤활성이 우수합니다. 흑연을 고무 필러로 사용하는 것은 몬모릴로나이트에 사용하는 것과 유사한 공정을 거치는데, 특수 기술을 사용하여 흑연을 나노 크기의 입자로 분쇄하는 것입니다. 이 나노 입자가 고무 매트릭스와 결합하면 고무의 다양한 기능적 특성이 향상됩니다. 예를 들어, 전기 전도성, 열 전도성, 기밀성, 기계적 특성이 모두 크게 향상됩니다.