在橡膠工業中，碳酸鈣是僅次于炭黑、白炭黑的第三大無機填充劑和補強劑。近兩年，為減少碳排放量和炭黑過度釋放造成的環境問題，碳酸鈣在橡膠中的應用受到了更多的關注。

碳酸鈣在橡膠中的具體作用是什麼？

作為填充劑碳酸鈣能夠增大橡膠的體積，降低制品的成本，改善加工工藝性能，而又不明顯影響橡膠制品性能。

作為補強劑碳酸鈣可以使硫化膠的耐磨性、抗撕裂強度、拉伸強度、模量、抗溶脹性等性能獲得較大提高。

什麼樣的碳酸鈣是橡膠的填充劑，什麼樣的碳酸鈣是橡膠的補強劑？

這其中，尚不存在嚴格或标準的劃分，但不同類型的碳酸鈣的性能确有偏重。

輕鈣，是橡膠工業較為普遍使用的填充增量劑，填充量大、易擠出、光澤性好，硬度低、伸長率大，力學性能可超過陶土達到半軟質炭黑的水平。

活性納米鈣，既能夠用作膠料的填充劑，同時具有較高的補強性能，能提升橡膠的耐磨性、抗撕裂強度、模量等性能，也可以降低生産成本。

重鈣，在橡膠中填充性能突出，容易混合分散，配合量可達橡膠量的100%~250%，是橡膠工業中主要的低成本填充材料。

納米碳酸鈣兼具填充和補強兩方面作用，近年來受到許多關注。但在實際應用中改性工作往往面臨困難。

納米碳酸鈣表面能高，易形成穩定的聚集體，使這些填料的分布不良。另外，大多數橡膠是疏水性的，而這些填料則是親水性的，需要進行表面處理/改性以降低填料的親水性，從而改善填料與聚合物的相互作用。

碳酸鈣的特殊改性性能

一、對拉伸和沖擊性能的影響

并不是所有的碳酸鈣都可以提高塑料薄膜的拉伸強度和沖擊強度，這又受到碳酸鈣粒度的影響和表面處理的影響。

粒度大小的影響：碳酸鈣的粒度不同，對塑料的改性效果不同，具體見下表所示。一般粒徑在1000目以下，主要用于增量改性；粒徑在1000~3000目，添加量在10%以下，有一定改性效果；粒徑在5000目以上，屬于功能碳酸鈣，具有明顯的改性效果，可以改善拉伸強度、沖擊強度。納米級碳酸鈣雖然粒度更細，但因目前難以分散，隻能做到與8000目碳酸鈣一樣的改性效果。

不同粒徑的重質碳酸鈣對PP複合材料的性能影響

圖源 | 王文廣教授塑料配方與改性咨詢

從表中可以看出，随着碳酸鈣粒度變細，沖擊強度、拉伸強度、斷裂伸長率增大，彎曲強度和彎曲模量基本持平，但流動性下降。

表面處理的影響：粒度适當的碳酸鈣如果表面處理得好，可以改善複合材料的拉伸強度、沖擊強度。近年來，随着有機/無機複合理論的不斷發展，CaCO3已由原來單純的填充劑變為一種新型的功能性填充材料。例如用碳酸鈣制成的均聚PP/CaCO3複合材料，缺口沖擊強度較基體塑料可以提高一倍多。

二、燃燒時的抑煙作用

CaCO3具有優異的抑煙作用，其原理在于它可以和煙霧中的鹵化氫反應（捕捉），使之生成穩定的CaCl2。因此凡在燃燒時産生鹵化氫的聚合物，如氯乙烯、氯磺化聚乙烯、氯丁橡膠等，都可以用CaCO3作為抑煙劑。由于燃燒反應屬固-氣非均相反應，隻能在固體顆粒表面進行，所以CaCO3顆粒的粒徑大小就成為抑煙效果的重要因素。隻有微小顆粒才具有大得多的比表面積，碳酸鈣的粒度越細，抑煙效果越好。

三、抗粘連劑

含有碳酸鈣的吹塑筒狀薄膜開口性好，卷曲時不會産生粘連，碳酸鈣起到了開口劑的效果。

四、增大導熱速率

碳酸鈣的加入提高了薄膜的導熱速率，從而使吹塑薄膜的膜泡冷卻比較快，提高生産效率，提高擠出機産量。以在PVC片材中加入25%輕質碳酸鈣為例，加熱到200℃溫度時僅僅需要3.5秒，而純PVC片材需要10.8秒，導熱速率提高3倍之多。

五、提高流動性

碳酸鈣可以提高複合體系的流動性，減少熔體粘度和擠出機扭矩，增加擠出機産量，提高生産效率。不同品種碳酸鈣對流動影響不同，具體複合材料流動性大小順序：大方解石碳酸鈣>大理石碳酸鈣、白雲石碳酸鈣>小方解石碳酸鈣>輕質碳酸鈣。

六、配色性能

高白度的碳酸鈣可以替代部分白色顔料如钛白粉，從而節省高昂價格钛白粉的含量，大方解石碳酸鈣因為白度高、遮蓋力大而成為首選。碳酸鈣之所以可以成為白色顔料，主要是因為其具有一定的遮蓋力。

在重質碳酸鈣中，不同産地碳酸鈣所發出的底色不同。如四川碳酸鈣底色發藍，廣西碳酸鈣底色發紅、江西碳酸鈣底色發青。在具體配色時，碳酸鈣的色光要與主着色色相一緻，例如帶藍色色光的碳酸鈣會消除黃色顔料的着色力。也經常利用帶藍色色光的碳酸鈣，去消除制品所帶的黃色色光。

七、增加透氣性能

填充碳酸鈣的塑料薄膜，在拉伸時會在薄膜中産生微小氣孔，隻能透過水蒸氣而不能透過液體水，因此可用于生産透氣塑料制品，例如典型的透氣膜就是用大量碳酸鈣填充和薄膜拉伸制成的。生産透氣薄膜用碳酸鈣一般隻能選擇3000目的碳酸鈣，而且粒徑分布要絕對窄。

八、促進制品降解性能

含有碳酸鈣的聚乙烯塑料袋埋于地下後，碳酸鈣有可能與二氧化碳和水反應生成可以溶于水的Ca(HCO3)2離開薄膜，在薄膜上留下微細的孔洞，增大塑料薄膜與周圍空氣和微生物接觸的面積，從而促進制品降解。

九、起到成核作用

納米CaCO3對聚丙烯的結晶成核有誘導作用，可以增加了β晶含量，從而提高了聚丙烯的沖擊韌性。

十、降低PA塑料的吸水性

PA/碳酸鈣複合材料的吸水性要低于PA純樹脂，例如在PA6中填充25%的碳酸鈣，複合材料的吸水率降低56%。

十一、改善表面性能

碳酸鈣可以增加複合材料的表面張力，并且具有優異的吸附性，因此可以改善複合材料的電鍍性、塗覆性和印刷性能。

十二、碳酸鈣對發泡的影響

碳酸鈣是否影響塑料材料的發泡性能發揮十分複雜，具體要看尺寸大小和添加量大小的度而定。

附上塑料用輕質碳酸鈣、微細輕質碳酸鈣、活性輕質碳酸鈣、微細活性輕質碳酸鈣、重質碳酸鈣的質量指标要求。

表Ⅰ《HG/T2226-2010普通工業沉澱碳酸鈣》

——橡膠、塑料用普通輕質碳酸鈣指标要求

表Ⅱ《HG/T2776-2010工業微細沉澱碳酸鈣和工業微細活性沉澱碳酸鈣》——橡膠、塑料、紙張等工業用微細輕質碳酸鈣

表Ⅲ《HG/T2567-2006工業活性沉澱碳酸鈣》——塑料、橡膠、有機樹脂等工業用活性輕質碳酸鈣指标要求

表Ⅳ《HG/T2776-2010工業微細沉澱碳酸鈣和工業微細活性沉澱碳酸鈣》

——橡膠、塑料、紙張等工業用微細活性輕質碳酸鈣指标要求

表Ⅴ《HG/T3249.4-2013橡膠工業用重質碳酸鈣》

質量指标要求

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