Ứng dụng và phát triển vật liệu bột vô cơ trong ngành cao su
Cao su được sử dụng rộng rãi trong vận tải, máy móc, điện tử, quốc phòng và các lĩnh vực khác của nền kinh tế quốc dân. Tuy nhiên, cao su cũng có những nhược điểm đáng kể, chẳng hạn như lực liên kết phân tử yếu, thể tích tự do lớn và khả năng tự kết tinh kém, dẫn đến độ bền và mô đun đàn hồi thấp, khả năng chống mài mòn kém trong vật liệu cao su. Do đó, cần bổ sung chất độn vô cơ phi kim loại để đáp ứng các yêu cầu của những ứng dụng này.
Nhìn chung, chất độn vô cơ phi kim loại trong cao su chủ yếu có các chức năng sau: gia cường, làm đầy (tăng thể tích) và giảm chi phí, cải thiện hiệu suất gia công, điều chỉnh các đặc tính lưu hóa và mang lại các chức năng đặc biệt.
Các chất độn khoáng vô cơ phi kim loại thường được sử dụng trong cao su
(1) Silica
Silica hiện là chất gia cường được sử dụng rộng rãi thứ hai trong ngành công nghiệp cao su sau than đen. Công thức hóa học của silica là SiO2·nH2O. Cấu trúc hạt của nó chứa nhiều lỗ rỗng. Khi các lỗ rỗng này nằm trong khoảng 2nm-60nm, chúng dễ dàng kết hợp với các polyme khác, đó là lý do chính tại sao silica được sử dụng làm chất gia cường. Là một chất gia cường, silica có thể cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn và chống rách của vật liệu. Nó cũng có thể cải thiện đáng kể các tính chất cơ học của lốp xe và được sử dụng rộng rãi trong xe cộ, dụng cụ, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác.
(2) Canxi Cacbonat Nhẹ
Canxi Cacbonat Nhẹ là một trong những chất độn sớm nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp cao su. Việc bổ sung một lượng lớn canxi cacbonat nhẹ vào cao su có thể làm tăng thể tích sản phẩm, do đó tiết kiệm cao su thiên nhiên đắt tiền và giảm chi phí. Cao su chèn canxi cacbonat nhẹ có thể đạt được độ bền kéo, khả năng chống mài mòn và độ bền xé cao hơn so với cao su lưu hóa nguyên chất. Nó có tác dụng gia cường đáng kể trong cả cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp, đồng thời có thể điều chỉnh độ đặc. Trong ngành công nghiệp cáp, nó có thể cung cấp một mức độ cách điện nhất định. (3) Cao lanh
Kaolinit là một loại aluminosilicat ngậm nước, một loại khoáng sét phổ biến. Ứng dụng thực tế của nó trong cao su giúp tăng cường độ đàn hồi, đặc tính chắn, độ giãn dài và độ bền uốn của cao su. Việc bổ sung kaolinit biến tính vào cao su styren-butadien (SBR) giúp cải thiện đáng kể độ giãn dài, độ bền xé và độ cứng Shore của cao su, đồng thời kéo dài tuổi thọ sử dụng.
(4) Đất sét
Có thể thêm đất sét vào quá trình sản xuất lốp xe, tùy thuộc vào yêu cầu của quy trình sản xuất. Đất sét được sử dụng làm chất độn để giảm chi phí. Tuy nhiên, cần phải sử dụng đất sét hoạt tính để tạo điều kiện liên kết với cao su. Đất sét hoạt tính hoặc biến tính có thể thay thế một phần muội than trong công thức.
Các nghiên cứu cho thấy khi lượng đất sét tăng lên, độ cứng, ứng suất kéo 300% và độ bền kéo của hợp chất cao su giảm nhẹ, nhưng điều này có thể được bù đắp bằng cách điều chỉnh hệ thống lưu hóa. Khi được sử dụng trong công thức gai lốp, sau khi tối ưu hóa hệ thống, nó cũng có thể làm giảm lực cản lăn.
(5) Bari Sunfat
Nó có thể tăng cường hiệu quả khả năng chống lão hóa và chống chịu thời tiết của các sản phẩm cao su như cao su lốp xe và dây đai. Ngoài ra, nó có thể cải thiện độ nhẵn bề mặt của các sản phẩm cao su. Là một chất độn cao su dạng bột, nó không chỉ có thể cải thiện tỷ lệ ứng dụng bột mà còn có những lợi thế rõ ràng về mặt kinh tế.
(6) Talc
Bột talc thường được chia thành bột talc công nghiệp thông thường và bột talc siêu mịn. Loại thứ nhất, với tư cách là chất độn cao su, không có tác dụng gia cường và có tác dụng không đáng kể trong việc cải thiện các tính chất vật lý của cao su. Do đó, bột talc công nghiệp thông thường thường được sử dụng làm chất tách. Mặt khác, bột talc siêu mịn có tác dụng gia cường tốt. Nếu được sử dụng làm chất độn cao su, độ bền kéo của bản thân cao su sẽ tương đương với hiệu ứng do silica tạo ra.
(7) Than chì
Than chì thuộc nhóm khoáng vật silicat phi kim loại dạng phiến và có độ dẫn nhiệt, dẫn điện và độ bôi trơn tốt. Sử dụng than chì làm chất độn cao su bao gồm một quy trình tương tự như quy trình được sử dụng cho montmorillonite, trong đó than chì được nghiền thành các hạt có kích thước nano bằng một kỹ thuật đặc biệt. Khi các hạt nano này kết hợp với nền cao su, nhiều đặc tính chức năng của cao su được cải thiện. Ví dụ, độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt, độ kín khí và các tính chất cơ học đều được cải thiện đáng kể.