Bei Gummi-Modifikationen werden üblicherweise sieben Arten von nicht-metallischen Mineralpulvern verwendet, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften und Wirkmechanismen aufweisen. Diese Variationen ergeben sich aus strukturellen Unterschieden und tragen zu einer verbesserten Leistung und Funktionalität in Gummiprodukten bei.
Sieben Pulver in der Gummi-Modifikation Klassifikation und Eigenschaften
Calciumcarbonat (CaCO₃)
- Mineralische Eigenschaften: Eingeteilt in schwere (natürlich zerkleinerte), leichte (chemisch ausgefällte) und nano-große Formen. Schwerer Calciumcarbonat hat eine Dichte von 2,7-2,9 g/cm³ und eine geringe Ölaufnahme (20-30 ml/100g); leichter Calcium hat feinere Partikel (0,5-3 μm) und eine höhere Ölaufnahme (40-60 ml/100g); Nano-Calcium hat eine Partikelgröße <100 nm mit einer Oberfläche von 50-80 m²/g.
- Mechanismus:
- Kostensenkung: Füllstoffe können bis zu 50-100 Teile erreichen, wodurch die Menge an Rohgummi reduziert wird.
- Teilweise Verstärkung: Leichtes Calcium interagiert mit Gummimolekülen über Oberflächenhydroxylgruppen, was die Zugfestigkeit (10-15 MPa) und Reißfestigkeit (20-30 kN/m) erhöht.
- Isolierung: In Kabelummantelungen reduziert es den Dielektrizitätsverlust.
- Modifikation: Behandlung mit Stearinsäure oder Kopplungsstoffen verbessert die Dispersion und Verstärkung ähnlich wie Silica.
Kaolin (Al₂Si₂O₅(OH)₄)
Mineralische Eigenschaften: Ein 1:1-Schichtsilikat mit einer Dichte von 2,6 g/cm³, reich an Oberflächenhydroxylgruppen und einem Isoelektrischen Punkt bei pH 4,5. Nach Hochtemperaturkalkung bildet es Mullit.
Wirkmechanismus:
- Verbesserung & Verarbeitungsmodifikation: Die spröde Struktur verhindert Rissausbreitung und verbessert den Elastizitätsmodul bei Dehnung (10-15 MPa); Oberflächenhydroxylgruppen adsorbieren Vulkanisationsbeschleuniger, wodurch die Vulkanisationszeit verkürzt wird.
- Funktionaler Füllstoff: Ersetzt einen Teil des Titandioxids in weißem Gummi, wodurch die Kosten gesenkt werden. Nano-Kalium (Partikelgröße <100 nm) kann 20% Kohlenstoffblack ersetzen und die thermische Stabilität um 50°C verbessern.
Wollastonit (CaSiO₃)
Mineralische Eigenschaften: Nadelartige Kristalle mit einem Längen-Breiten-Verhältnis von 10-20:1, einer Dichte von 2,8 g/cm³ und hoher Temperaturbeständigkeit (1540°C).
Wirkmechanismus:
- Strukturelle Verbesserung: Nadelartige Struktur bildet ein dreidimensionales Netzwerk, erhöht die Zugfestigkeit um 30% (15-20 MPa) und die Reißfestigkeit auf 35 kN/m.
- Anti-Rutsch-Eigenschaften: Modifizierter Wollastonit erhöht den Reibungskoeffizienten auf Eisflächen um 40%, was ihn für Winterreifen geeignet macht.
- Modifikationstechnologie: Stearinsäurebehandlung verbessert die Hydrophobizität, erhöht den Kontaktwinkel von 30° auf 120° und verbessert die Dispergierbarkeit erheblich.
Sepiolith (Mg₈Si₁₂O₃₀(OH)₄(H₂O)₄·8H₂O)
Mineralische Eigenschaften: Faserartige poröse Struktur mit einer spezifischen Oberfläche von 200-300 m²/g und Porendurchmessern von 0,36×1,06 nm.
Wirkmechanismus:
- Physikalisches Verfilzen: Fasern mit einer Länge von 1–5 μm bilden eine „verstärkte Betonstruktur“ mit Gummi-Molekülen, was die Zugfestigkeit um 25% (18-22 MPa) erhöht.
- Flammhemmende Synergie: Adsorbiert Flammschutzmittel und gibt sie allmählich ab, erhöht den Sauerstoffindex von 21% auf 28%.
- Durchbruch bei Modifikation: Nach Silan-Kupplungsstoffmodifikation verbessern Verbundwerkstoffe die Nasshaftung um 12% und verringern den Rollwiderstand um 18%, was den EU-Kennzeichnungsstandards entspricht.
Mica (KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂)
Mineralische Eigenschaften: Schichtartiges Silikat mit einem Längen-zu-Dicken-Verhältnis >100, Dielektrizitätsfestigkeit >20 kV/mm und Hochtemperaturbeständigkeit (800°C).
Wirkmechanismus:
- Hochtemperaturdämmung: Nano-Mica-Komposite können eine Dielektrizitätsdurchschlagsfestigkeit von bis zu 25 kV/mm für den Schutz vor thermischem Durchgehen in Leistungskondensatoren erreichen.
- Gasbarriereverstärkung: Die schuppige Struktur verhindert Gasdurchdringung und reduziert die Luftdurchlässigkeit im Inneren von Reifen um 50%.
Talk (Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂)
Mineralische Eigenschaften: Schichtartiges Silikat mit einer Dichte von 2,7 g/cm³, Mohshärte von 1-1,5 und hervorragenden elektrischen Isoliereigenschaften.
Wirkmechanismus:
- Schmierung & Entformung: Reduziert die Haftung im Formeinsatz bei druckgegossenen Produkten und verbessert die Produktionseffizienz.
- Hochtemperaturfüller: Verbessert die Hitzebeständigkeit auf 250°C in Silikonkautschuk, wodurch es für Hochtemperaturdichtungen geeignet ist.
Kieselgur ( amorphes SiO₂)
Mineralische Eigenschaften: Poröse Struktur mit einer Oberfläche von 50-200 m²/g, Dichte von 2,2 g/cm³ und einer Adsorptionskapazität von 30-50%.
Wirkmechanismus:
- Keramische Brandschutzbeschichtung: Bildet in Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM)-Gummi eine dichte keramische Schicht mit Glasspuder, erreicht einen Sauerstoffindex von 32% und eine vertikale Brennbewertung von V-0.
- Adsorption & Langsame Freisetzung: Adsorbiert Flammschutzmittel (z.B. käfigartiges Silsesquioxan) und setzt sie bei hohen Temperaturen frei, bildet eine schützende Schicht.
Wirkungsmechanismus und Modifikationstechniken
Optimierung der Schnittstellenbindung:
Koppelmittel (z.B. Silane, Titanate) verbinden den Füllstoff und Gummi chemisch, wodurch die Oberflächenhaftung von 5–10 mJ/m² auf 50–80 mJ/m² erhöht wird.
Oberflächenbeschichtungen (z.B. Stearinsäure) reduzieren die Oberflächenenergie, verbessern die Dispersion und verringern die Agglomeratgrößen von 10 μm auf unter 1 μm.
Synergistischer Verstärkungseffekt:
Nano-Füllstoffe (z.B. Nano-CaCO₃, Kaolin) erzeugen Quanten-Tunneling-Effekte aufgrund ihrer kleinen Größe (<100 nm), was die Gummimodul um 30-50 % verbessert.
Mehrskalen-Komposite (z.B. Graphen + Talkum) bilden eine „starre-flexible“ Struktur, die sowohl die Festigkeit (15–20 MPa) als auch die Zähigkeit (Bruchdehnung von 500–600 %) erhöht.
Einige typische Anwendungsszenarien
| Füllstoffarten | Repräsentative Produkte | Wichtige Leistungsindikatoren | Wichtige Modifikationstechnologien |
| Nano-Kalziumcarbonat | Reifen-Seitenwandgummi | Zugfestigkeit 18 MPa, Dauerdehnung <10 % | Stearinsäurebehandlung + Ultraschall-Dispergierung |
| Modifiziertes Kaolin | Weiße Schuhsohle | Shore A Härte 70-75, Abriebfestigkeit <0,2 cm/1,61 km | Silansystem-Koppelmittel + Sprühtrocknung |
| Wollastonit | Winterreifenprofil | Eiskreifrictionkoeffizient 0,35, Rollwiderstand um 15% reduziert | Stearinsäure + Kopplungsmitteleinsatz |
| Sepiolith | Neuer Energie-Batterie-Dichtung | Hitzebeständigkeit 200°C, Quetschung <15% | Silane-Modifikation + Vakuumtrocknung |
| Glimmer | Thermische Isolierung für Batterien | Penetrationswiderstand 25kV/mm, Wärmeleitfähigkeit 0,8 W/m² | Nano-Exfoliation + Harzbeschichtung |
| Magnesiumhydroxid | Hochgeschwindigkeitsbahn-Kabelmantel | Sauerstoffindex 32%, Rauchdichte <15 | Oberflächen-Grafting mit Acrylsäure |
| Diashämmersand | Feuerfester Dichtstoff | Vertikale Verbrennung V-0 Klasse 1, Rauchentwicklung <50m² | Plasmaaktivierung + Glasspannungssynergie |
| Graphen-Masterbatch | Hochleistungsreifenprofil | Verschleißreduktion um 40%, Bremsweg auf nassen Straßen um 10% verkürzt | Plasma-Behandlung + kontinuierliches Mischen |
Technologische Trends
Funktionale Integration: Entwicklung multifunktionaler Füllstoffe, die Verstärkung, Flammschutz und Wärmeleitfähigkeit bieten (z.B. Graphen + Mineralien/Graphen + Aluminiumsysteme), um die Doppelbedürfnisse von Leichtbau und Sicherheit in Fahrzeugen mit neuer Energie zu erfüllen.
Grüne Verarbeitung: Förderung energieeffizienter Technologien wie Plasma-Modifikation und superkritische Fluidbehandlung zur Reduzierung von VOC-Emissionen während der Oberflächenbehandlung.
Rohstoffrecycling: Verwendung industrieller Feststoffe wie Kohlekreislauf und Bauxit, um Mineralien wie Wollastonit und Kaolin zu ersetzen und nachhaltige Entwicklung durch „Ersatz von Erz durch Abfall“ zu erreichen.
Epic Pulver
Durch den Einsatz modernster Mahl- und Verarbeitungsausrüstung von Epic Powder kann die optimale Auswahl und Modifikation von Mineralfüllstoffen, einschließlich der sieben Pulver in der Gummi-Modification, präzise erreicht werden. Mit über 20 Jahren Erfahrung in der Ultrafeinpulvertechnologie bietet Epic Powder maßgeschneiderte Lösungen für Mahlen und Oberflächenmodifikation, um die Leistung von Füllstoffen wie Calciumcarbonat, Kaolin und Wollastonit zu verbessern. Durch Feinabstimmung der Partikelgröße und -verteilung sowie Verbesserung der Dispersion und Oberflächenbindung stellt die hochmoderne Ausrüstung von Epic Powder sicher, dass Gummiprodukte die höchsten Standards in Bezug auf Festigkeit, Haltbarkeit und Kosteneffizienz erfüllen.
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