Dans la modification du caoutchouc, sept types de poudres minérales non métalliques sont couramment utilisées, chacune offrant des propriétés et des mécanismes d'action distincts. Ces variations résultent de différences structurelles, contribuant à améliorer la performance et la fonctionnalité des produits en caoutchouc.
Classification et caractéristiques des sept poudres dans la modification du caoutchouc
Carbonate de calcium (CaCO₃)
- Propriétés minérales: Classé en formes lourdes (naturellement broyées), légères (précipitées chimiquement) et nano. Le calcium lourd a une densité de 2,7-2,9 g/cm³ et une faible absorption d'huile (20-30 ml/100g) ; le calcium léger a des particules plus fines (0,5-3 μm) et une absorption d'huile plus élevée (40-60 ml/100g) ; le nano-calcium a une taille de particule <100 nm avec une surface spécifique de 50-80 m²/g.
- Mécanisme:
- Réduction des coûts: Les charges peuvent atteindre 50-100 parties, réduisant la quantité de caoutchouc brut nécessaire.
- Renforcement partiel: Le calcium léger interagit avec les molécules de caoutchouc via des groupes hydroxyle en surface, améliorant la résistance à la traction (10-15 MPa) et la résistance à la déchirure (20-30 kN/m).
- Isolation: Dans les gaines de câbles, il réduit la perte diélectrique.
- Modification: Le traitement avec de l'acide stéarique ou des agents de couplage améliore la dispersion et le renforcement, similaire à la silice.
Kaolin (Al₂Si₂O₅(OH)₄)
Propriétés minérales: Un silicate à couche 1:1 avec une densité de 2,6 g/cm³, riche en groupes hydroxyle en surface et un point isoélectrique à pH 4,5. Après calcination à haute température, il forme de la mullite.
Mécanisme d'action:
- Amélioration et modification du traitement: La structure flaky empêche la propagation des fissures, améliorant le module à l'allongement (10-15 MPa) ; les groupes hydroxyles en surface adsorbent les accélérateurs de vulcanisation, réduisant le temps de vulcanisation.
- Charge fonctionnelle: Remplace une partie du dioxyde de titane dans le caoutchouc blanc, réduisant les coûts. La kaolin nano (taille de particule <100 nm) peut remplacer 20% de noir de carbone, améliorant la stabilité thermique de 50°C.
Wollastonite (CaSiO₃)
Propriétés minérales: Cristaux en forme d'aiguille avec un rapport longueur/largeur de 10-20:1, une densité de 2,8 g/cm³, et une résistance à haute température (1540°C).
Mécanisme d'action:
- Amélioration structurelle: La structure en forme d'aiguille forme un réseau tridimensionnel, augmentant la résistance à la traction de 30% (15-20 MPa) et la résistance à la déchirure à 35 kN/m.
- Propriétés antidérapantes: La wollastonite modifiée augmente le coefficient de frottement de 40% sur les surfaces glacées, la rendant adaptée pour les pneus d'hiver.
- Technologie de modification: Le traitement à l'acide stéarique améliore l'hydrophobicité, augmentant l'angle de contact de 30° à 120°, améliorant significativement la dispersibilité.
Sépiolite (Mg₈Si₁₂O₃₀(OH)₄(H₂O)₄·8H₂O)
Propriétés minérales: Structure poreuse fibre-like avec une surface spécifique de 200-300 m²/g et des diamètres de pores de 0,36×1,06 nm.
Mécanisme d'action:
- Entrelacement physique: Les fibres de 1 à 5 μm de longueur créent une structure de « béton armé » avec des molécules de caoutchouc, augmentant la résistance à la traction de 25% (18-22 MPa).
- Synergie retardante de flamme: Adsorbe les retardateurs de flamme et les libère progressivement, augmentant l'indice d'oxygène de 21% à 28%.
- Avancée de la modification: Après modification par agent de couplage à base de silane, les matériaux composites améliorent la traction humide de 12% et réduisent la résistance au roulement de 18%, conformément aux normes d’étiquetage de l’UE.
Mica (KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂)
Propriétés minérales: Silicate stratifié avec un rapport longueur/épaisseur >100, une résistance diélectrique >20 kV/mm, et une résistance à haute température (800°C).
Mécanisme d'action:
- Isolation à haute température: Les composites de mica nano peuvent atteindre une résistance à la défaillance diélectrique jusqu’à 25 kV/mm pour la protection contre la défaillance thermique dans les batteries électriques.
- Amélioration de la barrière gazeuse: La structure feuilletée empêche la pénétration de gaz, réduisant la perméabilité à l’air de la chambre intérieure des pneus de 50%.
Talc (Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂)
Propriétés minérales: Silicate stratifié avec une densité de 2,7 g/cm³, une dureté de Mohs de 1-1,5, et d’excellentes propriétés d’isolation électrique.
Mécanisme d'action:
- Lubrification & Démoulage: Réduit l’adhérence au moule dans les produits moulés par compression, améliorant l’efficacité de production.
- Chargeurs à haute température: Améliore la résistance à la chaleur jusqu’à 250°C dans le caoutchouc silicone, le rendant adapté aux joints à haute température.
Terre de diatomée (SiO₂ amorphe)
Propriétés minérales: Structure poreuse avec une surface spécifique de 50-200 m²/g, une densité de 2,2 g/cm³, et une capacité d’adsorption de 30-50%.
Mécanisme d'action:
- Protection contre le feu en céramique: Dans le caoutchouc éthylène-propylène-dienne (EPDM), elle forme une couche dense de céramique avec de la poudre de verre, atteignant un indice d’oxygène de 32% et une classification de combustion verticale V-0.
- Adsorption & Libération lente: Adsorbe les retardateurs de flamme (par exemple, silsesquioxane en cage) et les libère à haute température, formant une couche protectrice.
Mécanisme d'action et techniques de modification
Optimisation de la liaison à l'interface:
Les agents de couplage (par exemple, silanes, titanes) créent une liaison chimique entre le chargeur et le caoutchouc, augmentant l'adhérence de l'interface de 5–10 mJ/m² à 50–80 mJ/m².
Les revêtements de surface (par exemple, acide stéarique) réduisent l'énergie de surface, améliorant la dispersion et réduisant la taille des agglomérats de 10 μm à moins de 1 μm.
Effet d'amélioration synergique:
Les nano-chargeurs (par exemple, nano-CaCO₃, kaolin) génèrent des effets de tunneling quantique en raison de leur petite taille (<100 nm), améliorant le module du caoutchouc de 30-50 %.
Les composites multi-échelles (par exemple, graphène + talc) forment une structure « rigide-flexible », augmentant à la fois la résistance (15–20 MPa) et la ténacité (élongation à la rupture de 500-600 %).
Quelques scénarios d'application typiques
| Types de chargeurs | Produits représentatifs | Indicateurs clés de performance | Principales technologies de modification |
| Nano-carbonate de calcium | Caoutchouc pour flanc de pneu | Résistance à la traction 18 MPa, Déformation permanente <10 % | Traitement à l'acide stéarique + dispersion ultrasonique |
| Kaolin modifié | Semelle de chaussure blanche | Dureté Shore A 70-75, Résistance à l'abrasion <0,2 cm/1,61 km | Agent de couplage silane + séchage par pulvérisation |
| Wollastonite | Bande de pneu d'hiver | Coefficient de frottement sur glace 0,35, Résistance au roulement réduite de 15% | Acidité stéarique + combinaison d'agent de couplage |
| Sepiolite | Joint d'étanchéité pour batterie à énergie nouvelle | Résistance à la chaleur 200°C, Déformation par compression <15% | Modification par silane + séchage sous vide |
| Mica | Isolation thermique de la batterie électrique | Résistance à la pénétration 25kV/mm, Conductivité thermique 0,8w/m² | Nano-exfoliation + revêtement en résine |
| Hydroxyde de magnésium | Gaine de câble pour train à grande vitesse | Indice d'oxygène 32%, Densité de fumée <15 | Grafting de surface avec acide acrylique |
| Terre de diatomée | Mastic ignifuge | Grade V-0 de combustion verticale, émission de fumée <50m² | Activation par plasma + synergie de poudre de verre |
| Masterbatch de graphène | Bande de roulement de pneu haute performance | Réduction de l'usure par 40%, distance de freinage sur routes mouillées raccourcie par 10% | Traitement au plasma + mélange continu |
Tendances techniques
Intégration de fonctionnalités: Développer des charges multifonctionnelles offrant du renforcement, de la retardation de flamme et de la conductivité thermique (par exemple, graphène + systèmes minéraux/graphène + alumine) pour répondre aux besoins doubles de légèreté et de sécurité dans les véhicules à énergie nouvelle.
Traitement écologique: Promouvoir des technologies à faible consommation d'énergie comme la modification au plasma et le traitement par fluide supercritique pour réduire les émissions de COV lors du traitement de surface.
Recyclage des matières premières: Utiliser des déchets solides industriels tels que la gangue de charbon et la boue rouge pour remplacer des minéraux comme la wollastonite et la kaolin, réalisant un développement durable par « remplacement du minerai par des déchets ».
Poudre épique
En tirant parti des équipements avancés de broyage et de traitement d’Epic Powder, la sélection optimale et la modification des charges minérales, y compris les sept poudres en modification du caoutchouc, peuvent être réalisées avec précision. Avec plus de 20 ans d'expertise en technologie de poudre ultrafine, Epic Powder fournit des solutions sur mesure pour le broyage et la modification de surface, améliorant la performance des charges comme le carbonate de calcium, la kaolin et la wollastonite. En ajustant la taille et la distribution des particules, ainsi qu'en améliorant la dispersion et la liaison à l'interface, les équipements de pointe d’Epic Powder garantissent que les produits en caoutchouc répondent aux normes les plus élevées en matière de résistance, durabilité et rentabilité.
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