摘 要：介紹了TC型絹云母粉的性能，通過試驗研究探討了其在橡膠工業中的應用。

關鍵詞：絹云母粉；橡膠；應用

引 言：TC型絹云母復合材料是以某大型礦業的廢料為原料，經深加工精制而成。其主要化學成份由SiO2、Al2O3、K2O、MgO、TiO2等組成，在工業應用上具有取代多種原材料的特性。因其礦物成份中絹云母是主要特征礦物，為灰白色超細粉狀物質，故也簡稱TC型絹云母粉。

本文的重點是在研究其物質基本特性的基礎上，進而論述了TC型絹云母復合材料在管帶橡膠和輪胎胎側橡膠中的應用特性及其開發前景。

1 TC型絹云母粉的基本性能

絹云母是白云母的一個亞種，故在化學成份和晶體結構上同屬層狀結構硅酸鹽礦物，其與白云母的差異，在于絹云母受水化作用，使之結構單元層間的部分K離子流失和H2O的介入，以及晶體形態呈微鱗片狀而有別于白云母。

TC型絹云母由于其粒度微細且中間夾雜其他雜質，所以極難取得純凈的絹云母樣品。根據本研究的相關分析并結合巖礦鑒定，該TC型絹云母化學組成的實驗值一般約在(%)：SiO2，48；Al2O3，32；K2O，7.0；H2O，6.0，其他雜質(Fe2O3、MgO、CaO等)，6.0。因而根據綜合研究的結果，TC型絹云母的含量應將其中Al2O3和K2O二者的含量結合起來判斷，較為符合實際情況。

TC型絹云母具有絹云母礦物的一般共性，如微片狀、彈性、抗拉、抗壓、抗剪、阻燃、耐熱絕緣和化學性質穩定等，還有吸濕、吸水性；150℃左右呈吸熱反應，650℃左右失去結構水,960℃左右出現晶相變化。濕水后具滑感而具粘結性和可塑性。

1.1 化學組成 

根據絹云母粉中Al2O3和K2O的含量不同，TC型絹云母粉共分為一、二、三級三個不同級別的產品，它們的有關化學組成見表1。

表1 TC型絹云母粉化學組成

2.2 礦物組成 

由于絹云母等粘土礦物和超細微粒的固有特性及其定量分析的難度，根據X射線衍射分析，并結合巖礦鑒定鏡下分析，TC型絹云母粉的主要礦物組成及其含量見表2。

表2 TC型絹云母粉主要礦物組成

礦物組成%	一級品	二級品	三級品
絹云母	75~78	70~80	65~75
石英	14~18	20~25	22~28
綠泥石	4~6	6~8	8~10
其他（褐鐵礦等）	3~5	5~8	8~10

1.3 理化性能 見表3。

1.4 泥料工藝性能 

二級TC型絹云母粉泥料的主要工藝性能:可塑指標(含水率%)，4.6(23)；干燥收縮率，4.50%；燒成收縮率，13.50%；總收縮率，17.50；干燥抗折強度， 23.00kg/cm2；燒結溫度，1180~1200℃。說明:作填充劑，一般多用精制2~3級粉。

據上述，TC型絹云母粉在橡膠、塑料、造紙(包裝紙)、陶瓷等領域均有廣泛用途，本研究著重在管帶橡膠、輪胎胎側膠、抗生素丁基膠中的應用試驗。

2 TC型絹云母粉在管帶橡膠中的應用試驗研究

表3 TC型絹云母粉主要理化性能

2.1 試驗 

TC型絹云母粉據其理化特性，在橡膠中主要用作補強填充劑，而橡膠中的補強填充劑是多種橡膠制品的重要組成部分。在橡膠生產中常用的補強填充劑主要有輕鈣和通用炭黑，前者價格較低，后者則昂貴，每噸達數千元。為充分發揮環保資源的資源效益和經濟效益，使之在橡膠的補強、填充劑中開發應用，我們首先將TC絹云母粉的樣品，送原江西南昌橡膠制品總廠進行應用試驗，在膠料配方完全相同的情況下，在三組相同的J#標準膠中分別加入等量(60份)的輕鈣、通用炭黑、TC型1#絹云母粉、TC型2#絹云母粉，分別進行膠料試驗和性能測試。它們的試驗配方,見表4；試驗的四種膠料性能測試結果對比，見表5。

表4 TC型絹云母粉等四組應用試驗膠料配方

表4說明，TC型絹云母粉等三種補強填充劑的膠料配方相同，生產工藝相同，它們在膠料中的用量亦相同，TC型絹云母粉與輕鈣、通用炭黑在膠料中的用量均為34.8%。

TC型絹云母粉、輕鈣、通用炭黑膠料的性能，經現場測試，對比結果見表5。

表5 四種膠料性能測試結果對比(硫化溫度143℃)

2.2 討論 

本試驗研究的四種補強填充劑的膠料配方和膠料性能測試條件均相同，據此TC型絹云母粉在管帶橡膠中的應用情況可以得出以下的主要認識：①TC型絹云母粉在橡膠中的補強填充性能，如膠料硬度、扯斷伸長率、伸長率、密度、定伸強度等均十分相近，可全部或部分取代輕鈣或通用炭黑。②TC型絹云母粉完全可在膠料中取代輕鈣，并且其性能優于輕鈣，例如定伸強度高于輕鈣的膠料性能，由4.3MPa提高到6.9—7.4MPa(表5)，其斷后形變率雖有所偏大，廠方認為這可通過調整硫化體系加以改進。③測試結果還表明，與通用炭黑相比，其性能除定伸強度外，其扯斷伸長率遠高于使用炭黑為補強填充劑的制品性能（表5）,可見TC型絹云母膠料的某些性能可與通用炭黑膠料的相媲美，故可大部分或部分取代通用炭黑，這將不僅可提高橡膠制品性能，并且降低橡膠制品成本。

2.3 小結 

根據應用試驗的全部工藝過程和測試結果的綜合分析，原南昌橡膠制品總廠的結論是：“使用TC型絹云母粉與輕鈣相比，可明顯提高膠料的拉伸強度，前者斷后變形有所偏大，這可通過調整硫化體系加以改進。從試驗結果看，TC型絹云母粉在橡膠中的補強性能可與通用炭黑相媲美，可大部分或部分取代通用炭黑”。

3 TC型絹云母粉在輪胎胎側膠中的應用研究

由于不同橡膠制品的膠料配方工藝不盡相同，對補強填充劑的要求也有所區別。為擴大絹云母粉的應用范圍，為進一步提供TC型絹云母粉在橡膠工業應用的科學依據，我們在原南昌橡膠制品總廠應用試驗的基礎上，又在北京橡膠工業研究設計院進行了有關輪胎胎側膠的應用試驗。試驗工作分三步進行，一是將TC型絹云母粉與輕鈣相比進行膠料的應用試驗，二是將絹云母粉與通用炭黑比較進行膠料的應用試驗，三是進而將絹云母粉用于輪胎胎側膠中進行應用試驗。

3.1 與輕鈣的對比試驗 

在TC型絹云母粉與輕鈣的膠料對比試驗中，天然膠為 100份，TC型絹云母粉與輕鈣的用量均為100份，對比試驗。配方及其膠料性能測試，見表6，對比試驗證明：TC型絹云母粉的膠料性能除伸長率略低外，其扯斷強度和定伸強度等重要指標均優于輕鈣的膠料，見表6,這表明TC型絹云母粉取代輕鈣，對提高橡膠制品的質量十分有利。

上述應用試驗與測試結果，不僅說明TC型絹云母粉可作為橡膠制品的補強填充劑，且比輕鈣的性能優異。

表6 與輕鈣的膠料配方、膠料性能測試對比

3.2 與炭黑的對比試驗 

調整膠料配方，進而比較TC型絹云母粉與通用炭黑的性能差異。對比試驗是在相同的膠料工藝條件下，天然膠的用量均為100份，絹云母粉和通用炭黑的用量,分別為50份，對比試驗配方及其膠料性能測試結果見表7。據試驗結果可知:①在與通用炭黑比較的應用試驗中，絹云母粉的最大優點之一是其膠料的焦燒時間(T10為6′27″)比通用炭黑的膠料焦燒時間(T10為3′22″)，慢近一倍，而T90的正硫化時間也較慢約1′，這種硫化特性對提高膠料加工的安全性和粘結性十分有利，是比較通用炭黑而言最為突出的優異性能之一。②絹云母粉膠料的另一優點是其膠料伸長率，遠比含通用炭黑的膠料伸長率大，TC型絹云母粉膠料伸長率615%~620%，而通用炭黑的膠料僅為530%~441%。③對比表明，絹云母粉膠料其扯斷強度與通用炭黑膠料相比也較為接近，不足之處是在本試驗中前者的永久變形較大，定伸強度也不及后者，但這可通過改進橡膠硫化體系工藝或絹云母粉的改性來改善這方面的性能。此外，這一試驗是在TC型絹云母粉等量取代通用炭黑的前提下進行的，若部分或大部分取代通用炭黑，此一性能必將得到進一步改善。

表7 與通用炭黑的膠料配方、膠料性能測試對比

綜合研究結果得出的結論是：TC型絹云母粉可在橡膠膠料中大部分或部分取代通用炭黑，其膠料性能可得到改善，并可降低制品成本。

3.3 TC型絹云母粉在輪胎胎側膠中的應用試驗

綜合上述，TC型絹云母粉與輕鈣、通用炭黑在橡膠膠料中的應用對比試驗，說明TC型絹云母粉具有優于輕鈣而接近通用炭黑的補強性能，故可以考慮部分取代通用炭黑而用于輪胎胎側膠中。因此，本試驗在配方工藝完全相同的條件下分三組對比進行：第一組(編號Y-5),通用炭黑20份；第二組(編號Y-6)，通用炭黑與1#絹云母粉用量各為10份；第三組(編號Y-7)，全部用TC絹云母粉(20份)取代通用炭黑(20份)，然后對比這三組輪胎胎側膠料的性能。對比結果見表8.結果表明：①綜合各項測試結果來看，全部取代和部分(50%)取代通用炭黑，效果相當接近,沒有本質差別，僅在某些相關工藝指標上各有所偏高或偏低，如全部取代炭黑的膠料其定伸強度偏低等。②以TC型絹云母粉作補強填充劑的輪胎胎側膠性能的最大優點之一是：膠料的重要工藝性能———耐屈撓龜裂性能有大幅度提高，含通用炭黑的膠料其胎膠屈龜裂。轉數為37.5萬次，而含TC型絹云母粉的膠料（不論是全部取代或50%取代），它們的耐轉數均達46.5萬次，即后者比前者高出近1萬轉次，這是輪胎胎側膠所要求的重要性能。③與通用炭黑料相比，TC型絹云母粉的胎側膠料的其他性能也有許多優點，如膠料的硫化特性較好，彈性、扯斷強度、伸長率等都有一定程度的提高，其他性能也較接近，僅老化后有的性能偏低，可在日后應用開發中不斷完善改善。

綜合以上輪胎胎側膠的性能測試結果，TC型絹云母粉作為輪胎胎側膠的補強填充劑不僅可全部取代輕鈣，還可取代(或部分取代)通用炭黑，并可在日后的應用中不斷調整工藝配方，使TC型絹云母粉的優異性能進一步得以開發。既可提高制品性能、改善生產工藝，又可降低生產成本。

表8 輪胎胎側膠配方及其性能測試對比

4 研究探討

1、TC型絹云母粉是一種成份多型，顆粒細微，淺色的新型橡膠補強填充劑。其補強性高于輕鈣，并較接近通用炭黑。通過,本研究，它在管帶橡膠、輪胎胎側橡膠的應用性能表明，可替代補強填充劑原料，并可提高制品的性能，取得明顯經濟效益。

2、TC型絹云母粉對膠料的焦燒性、彈性、強伸性能有好的影響，特別是對耐屈撓龜裂性有大幅度提高。

3、TC型絹云母粉對膠料的磨耗、老化等，有一定的不利影響。但在應用中應揚長避短，并可從原料制造、改性及膠料配方設計方面加以調整改進。

4、據TC型絹云母粉特性和我們的有關研究表明：該絹云母粉不僅具有良好的補強、填充特性，還具有耐熱、耐酸、耐堿、高絕緣和耐透氣性等特點。故其,不僅可用于一般的橡膠制品和輪胎胎側膠制品中，隨著開發應用的深入，這種新材料,將在輪胎內胎、電纜、防腐性橡膠產品以及作為橡膠行業的隔離劑、脫模劑等方面，亦有進一步開發應用的前景。

5、TC型絹云母粉由大型礦山的廢料中直接深加工精制而成，故為一種資源豐富、價格低廉、性能穩定、開發應用前景喜人的環保資源產品，也是 一種集經濟效益、環保效益、資源效益與社會效益于一體的新型復合原料，它的問世無疑將對橡膠等行業的生產增添新的血液。