重钙、轻钙、纳米钙、活性钙在橡胶中的应用

碳酸钙具有资源广、毒性和污染性低、白度高、填充量大和价格低等特点 ,在橡胶工业中应用广泛 ,是橡胶制品主要的浅色填料。

碳酸钙又分为重质碳酸钙、轻质碳酸钙、纳米碳酸钙及改性碳酸钙等，不同的碳酸钙产品在橡胶制品中所起的作用各不相同，因而其应用领域也略有差别。

    重质碳酸钙是常用的粉状无机填料，具有纯度高、惰性大、稳定性好、白度高、吸油率和折射率低、分散性好等特点，在橡胶制品中补强效果差，主要起填充作用。在天然橡胶、合成橡胶和胶乳中起填充、增容作用，可使胶料坚挺，在胶料中易分散，也可用作隔离剂或脱模剂，白度高于90%的也可用作增白剂。

     重质碳酸钙硫化胶的力学性能不及轻质碳酸钙和改性碳酸钙硫化胶性能好，其硫化胶耐磨性和定伸应力也比不上炭黑、陶土或硅酸盐硫化胶。并且重质碳酸钙粒子的粒径过大还会导致硫化胶的物理机械性能显著下降。但是其生产成本较低，在橡胶中与其他补强剂或填充剂一起使用能够调整硫化胶的性能并且降低生产成本。

重质碳酸钙广泛用作天然橡胶、丁苯橡胶、胶乳等的惰性填充剂，适用于制造鞋跟、鞋底、地板、胶管、发泡制品、模制品和压出制品等。

     轻质碳酸钙粉体具有颗粒形状规则、粒度分布较窄、粒径较小等特点。在橡胶制品中主要用作白色或浅色橡胶的补强填充剂。

    轻质碳酸钙具有半补强性，能提高硫化胶的拉伸强度、撕裂强度以及耐磨性能，且在高填充下不会导致过高的定伸应力，在胶料中易分散、不影响硫化。填充轻质碳酸钙的硫化胶物理机械性能略高于填充重质碳酸钙的硫化胶。

    轻质碳酸钙在天然橡胶和合成橡胶胶料中用量很大。在天然橡胶轮胎胎面胶中用量可达30份，帘布胶中可达50份，内胎胶中可达60份；胶管中用量可达50份，胶带中可达20份；胶鞋中可达50份等。在天然橡胶热水袋胶中用量达75份，在氯丁橡胶印刷胶辊中用量为20份。

    纳米碳酸钙粉体与普通碳酸钙粉体相比，具有小尺寸效应和表面效应，能够产生普通碳酸钙不具备的优异性能，在橡胶制品中主要起补强、填充、调色的作用。

    纳米碳酸钙活性高，补强性能远远大于轻质碳酸钙，与沉淀法白炭黑相当。纳米碳酸钙在橡胶中有良好的分散性和相容性，可使橡胶易混炼、易分散、能改善胶料的加工性能，提高制品的力学性能。同时纳米碳酸钙具有空间立体结构，粒子形态多样，研究发现不同晶型的纳米碳酸钙对橡胶的补强效果不一，其中以连锁状纳米碳酸钙对橡胶的补强效果最好。

    值得注意的是，它不但可以作为补强填充剂单独使用，而且可根据生产需求与其他填充剂配合使用，不但可以达到补强、填充、改善加工工艺和提高制品性能的作用，还具有增白作用并部分取代白炭黑、钛白粉等价格昂贵的白色填料。

    橡胶行业也是纳米碳酸钙的主要应用领域之一，主要应用于力车轮胎胎内胶和外胎、汽车轮胎内胎和外胎特殊部位、胶带胶管、胶鞋、胶布中。适用于NR、BR、SBR等橡胶体系。

纳米碳酸钙产品应用于橡胶中对其盐酸不溶物、重金属含量和pH值等方面指标要求不高。

    改性碳酸钙又称为活性碳酸钙，是使用表面改性剂对轻质碳酸钙、纳米碳酸钙进行表面改性而制得。经改性后的碳酸钙和改性前相比一般具有粒径小、吸油值低、分散性好、补强性好等特点。

改性碳酸钙的补强性能要远远优于未改性碳酸钙，其补强性主要是由于表面改性剂是具有两亲基团的有机物，即具有亲水基团和亲油基团，表面改性剂通过两个基团将碳酸钙和橡胶紧密结合在一起，这有利于提高橡胶的物理机械性能，改善加工性能，并提高制品的延伸性、拉伸强度、撕裂强度等性能。

填充碳酸钙硫化胶拉伸断面SEM

碳酸钙填充硫化胶切割面SEM

改性碳酸钙主要应用于轮胎、胶管、胶带、油封和汽车配件等橡胶制品中，适用于NR、NBR、SBR等橡胶。