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[摘 要]当前，在橡胶密封制品中使用节能环保补强材料具有非常重要的现实意义，因此，本文对当前应用优势明显的白炭黑、凹凸棒土、有机蒙脱土以及短纤维在橡胶密封制品中的应用进行了深入的探讨，希望能够助力橡胶密封制品性能的提升，从而更好地为橡胶工业产品服务。
[关键词]节能环保；补强；材料；橡胶密封制品；应用
中图分类号：TQ336.42 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0381-01
一、绪论
橡胶密封制品用于防止流体介质从机械或仪表的静止部件或运动部件中泄露，并防止外界灰尘、泥沙及空气（对高真空状态而言）进入密封机构内部，其质量好坏直接影响各种密封装置的使用性能。而当前以石油为原料的橡胶填充材料价格在不断攀升，提高了橡胶轮胎企业原料成本，而以低碳产业、清洁能源、环保产业等为代表的新兴产业却获得了非常快速的成长。开发和使用对石油资源依赖性小的各种非炭黑补强材料，制造利于环保、节能降耗、生态均衡的“绿色”橡胶制品具有非常重要的现实意义。
二、节能环保补强材料在橡胶密封制品中的应用
1、白炭黑的应用
通常情况下，炭黑不能直接用于彩色的制品之中，而一些白色的填料便获得了广泛的应用。白炭黑通常情况下主要分为沉淀法白炭黑与气相法白炭黑，白炭黑是橡胶工业中重要的改性剂与补强剂，其粒子细而且比表面积大，具有多孔的特性。在此种情况下，其硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和耐磨性较高。和炭黑相比，虽然其表面极性及亲水性使其补强效果及加工性能略低，而且还比较容易产生静电，但是双官能团硅烷偶联剂后，不仅能够有效降低胶料的门尼粘度，达到对其加工性能改善的目的，而且可以降低生热，使其耐磨性能提升。当前应用在橡胶密封制品的白炭黑主要三类的发展方向，一是“标准”传统白炭黑（LDS）、二是高分散白炭黑（HDS）、三是易分散白炭黑（EDS）。当然，目前也有研究表明，将白炭黑与炭黑混合使用可以显著增强硫化胶的力学性能，甚至可以到20.7MPa以上。
2、凹凸棒土的应用
凹凸棒土是一种天然矿物材料，随着近些年科技水平的不断发展，其在橡胶工业中的应用变的越来越广泛，凹凸棒土是一种含水富镁硅酸盐无机矿物粘土材料，具有链层状结构，其化学式为，由于凹凸棒土自身特性所决定，其在橡胶中很难均匀分散，尤其在用量较大的时候。造成凹凸棒土很难在橡胶中均匀分散的主要原因体现在两个方面，一是凹凸棒土粒子与橡胶浸润比表面积较大，粒径越小，比表面积越大，二是凹凸棒土粒子的表面能大，粒子易团聚。由于这两个原因的存在使得要实现粒子在高聚物基体中的均匀分散比较困难。不过可以利用凹凸棒土的吸水性对其进行改性，改性后的凹凸棒土便可以表现出来和橡胶的一定亲和作用。
通常使用机械共混法将凹凸棒土有效混入到橡胶之中，通过其中充分的剪切力作用能够将凝聚的凹凸棒土粒子打开。为使分散性提高可以采用二段法塑炼、薄通次数增加、存放时间延长等措施。而且随着薄通次数和存放时间的增加，可增加凹凸棒土的添加量，从而使其均匀性进一步提高，在这种情况下，凹凸棒土可以在橡胶中获得大量而且均匀的分布。
3、有机蒙脱土的应用
近些年来，包括蒙脱土在内的纳米材料获得了非常广泛的应用，而具有纳米片层硅酸盐结构的蒙脱土经过表面活性剂有机化之后可以得到亲油性的有机蒙脱土（OMMT）。其综合性能优异，尤其在物理性能方面，可接近甚至超过高耐磨炭黑填充胶。混炼胶料包辊性能好，混炼时无粉尘飞扬，收缩小，半成品挺性好。利用有机化改性蒙脱土与NBR复合，可制备出优异力学性能、热性能、高阻隔性能的纳米复合材料。
而目前有机蒙脱土在橡胶密封制品中的应用主要为：以甲基双羟乙基十八烷基溴化铵为插层剂制得的有机蒙脱土OMMT-2与EPT4045型三元乙丙橡膠熔融插层复合效果最佳，OMMT用量以10%为宜。在插层复合后，OMMT层间距由1.9nm显著增大至4.5nm，EPDM分子链插入OMMT层间形成有序插层型纳米复合材料。当插层复合后，明显可以看到橡胶密封材料的热稳定性以及其他力学性能都获得了非常明显的改善，同时也显著提高其气体阻隔性能，具有很强的应用优越性。
4、、短纤维的应用
短纤维具有优异且特殊的性能，其使用范围几乎覆盖了所有橡胶制品，由于其具有众多优势使得其在橡胶密封制品中获得了广泛的应用。短纤维补强橡胶复合材料既具有橡胶的弹性，又有纤维的强度和刚度。制品具有高强度、高模量、耐撕裂、抗溶胀等优良性能。当前已经获得了应用的短纤维主要有有机短纤维与无机短纤维两种。木质素短纤维、芳纶短纤维及锦纶短纤维等是目前常用的有机短纤维，而玻璃纤维以及石棉短纤维是主要的无机短纤维。当前将短纤维与橡胶进行复合时，其复合后的材料性能主要受到短纤维的长径比、分散性以及短纤维的取向和断裂等关键因素的影响。
当前将短纤维在橡胶密封制品中的应用中，其中颇受关注的是将丁腈橡胶（NBR）密封材料与短纤维的复合，丁腈橡胶的耐油性极好，非常适合制造耐油密封材料。不过在丁腈橡胶的结构中含有极性的腈基，从而使其滞后现象严重，力学损耗大，在使用过程中容易产热，而该种背景下，其力学性能也会随着温度的升高而大幅度下降。和炭黑增强橡胶相比，短纤维增强橡胶可以赋予橡胶极佳的初始拉伸模量和拉伸强度，从而可以将硫化胶的蠕变性获得极大的改善，同时也会赋予密封件更加优良的耐热性能和抗疲劳性能。可见，通过短纤维在丁腈橡胶中的应用能够明显改善其性能。
三、结束语
综上所述，当前在橡胶密封制品中应用的白炭黑、凹凸棒土、有机蒙脱土以及短纤维优势各有千秋，其中白炭黑以优良的补强性能成为最主要的白色和透明补强填充剂，其用量在不断扩大，而短纤维补强橡胶复合材料既具有橡胶的弹性，又有纤维的强度和刚度，制品具有高强度、高模量、耐撕裂、抗溶胀等优良性能使得其在橡胶密封制品中获得了广泛的应用，值得在实践中运用。
参考文献
[1] 王益庆，张立群，张慧峰，王一中，程治国，徐和昌. 凹凸棒土/ 橡胶纳米复合材料结构和性能研究[J]. 北京化工大学学报（自然科学版），1999，03：25-29.
[2] 程俊梅，于广水，赵树高，张萍. 溶聚丁苯橡胶/炭黑/短纤维复合材料的取向结构与力学性能[J]. 合成橡胶工业，2005，04：300-305.
[3] 金叶玲，钱运华，程晓春，陈静. 改性白云石凹凸棒土在橡胶中填充的可行性探讨[J]. 南京理工大学学报（自然科学版），2005，06：720-723.
[4] 刘吉文，许海燕，吴驰飞. 环氧天然橡胶接枝高分散白炭黑增强天然橡胶复合材料的制备及表征[J]. 高分子学报，2008，02：123-128.
[5] 付文. 接枝改性炭黑、白炭黑应用于天然橡胶的性能研究[D].华南理工大学，2014.
[6] 李博，刘岚，罗鸿鑫，罗远芳，贾德民. 有机蒙脱土/天然橡胶纳米复合材料的阻燃性能研究[J]. 高分子学报，2007，05：456-461.
[7] 黄安民，王小萍，贾德民. 氢化丁腈橡胶/聚甲基丙烯酸镁/有机蒙脱土纳米复合材料制备及其耐介质老化性能[J]. 高分子学报，2012，06：660-665.
[8] 于海琴，王金刚，闫良国. 短纤维增强橡胶复合材料研究进展[J]. 材料科学与工程，2002，02：287-289+234.
[关键词]节能环保；补强；材料；橡胶密封制品；应用
中图分类号：TQ336.42 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0381-01
一、绪论
橡胶密封制品用于防止流体介质从机械或仪表的静止部件或运动部件中泄露，并防止外界灰尘、泥沙及空气（对高真空状态而言）进入密封机构内部，其质量好坏直接影响各种密封装置的使用性能。而当前以石油为原料的橡胶填充材料价格在不断攀升，提高了橡胶轮胎企业原料成本，而以低碳产业、清洁能源、环保产业等为代表的新兴产业却获得了非常快速的成长。开发和使用对石油资源依赖性小的各种非炭黑补强材料，制造利于环保、节能降耗、生态均衡的“绿色”橡胶制品具有非常重要的现实意义。
二、节能环保补强材料在橡胶密封制品中的应用
1、白炭黑的应用
通常情况下，炭黑不能直接用于彩色的制品之中，而一些白色的填料便获得了广泛的应用。白炭黑通常情况下主要分为沉淀法白炭黑与气相法白炭黑，白炭黑是橡胶工业中重要的改性剂与补强剂，其粒子细而且比表面积大，具有多孔的特性。在此种情况下，其硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和耐磨性较高。和炭黑相比，虽然其表面极性及亲水性使其补强效果及加工性能略低，而且还比较容易产生静电，但是双官能团硅烷偶联剂后，不仅能够有效降低胶料的门尼粘度，达到对其加工性能改善的目的，而且可以降低生热，使其耐磨性能提升。当前应用在橡胶密封制品的白炭黑主要三类的发展方向，一是“标准”传统白炭黑（LDS）、二是高分散白炭黑（HDS）、三是易分散白炭黑（EDS）。当然，目前也有研究表明，将白炭黑与炭黑混合使用可以显著增强硫化胶的力学性能，甚至可以到20.7MPa以上。
2、凹凸棒土的应用
凹凸棒土是一种天然矿物材料，随着近些年科技水平的不断发展，其在橡胶工业中的应用变的越来越广泛，凹凸棒土是一种含水富镁硅酸盐无机矿物粘土材料，具有链层状结构，其化学式为，由于凹凸棒土自身特性所决定，其在橡胶中很难均匀分散，尤其在用量较大的时候。造成凹凸棒土很难在橡胶中均匀分散的主要原因体现在两个方面，一是凹凸棒土粒子与橡胶浸润比表面积较大，粒径越小，比表面积越大，二是凹凸棒土粒子的表面能大，粒子易团聚。由于这两个原因的存在使得要实现粒子在高聚物基体中的均匀分散比较困难。不过可以利用凹凸棒土的吸水性对其进行改性，改性后的凹凸棒土便可以表现出来和橡胶的一定亲和作用。
通常使用机械共混法将凹凸棒土有效混入到橡胶之中，通过其中充分的剪切力作用能够将凝聚的凹凸棒土粒子打开。为使分散性提高可以采用二段法塑炼、薄通次数增加、存放时间延长等措施。而且随着薄通次数和存放时间的增加，可增加凹凸棒土的添加量，从而使其均匀性进一步提高，在这种情况下，凹凸棒土可以在橡胶中获得大量而且均匀的分布。
3、有机蒙脱土的应用
近些年来，包括蒙脱土在内的纳米材料获得了非常广泛的应用，而具有纳米片层硅酸盐结构的蒙脱土经过表面活性剂有机化之后可以得到亲油性的有机蒙脱土（OMMT）。其综合性能优异，尤其在物理性能方面，可接近甚至超过高耐磨炭黑填充胶。混炼胶料包辊性能好，混炼时无粉尘飞扬，收缩小，半成品挺性好。利用有机化改性蒙脱土与NBR复合，可制备出优异力学性能、热性能、高阻隔性能的纳米复合材料。
而目前有机蒙脱土在橡胶密封制品中的应用主要为：以甲基双羟乙基十八烷基溴化铵为插层剂制得的有机蒙脱土OMMT-2与EPT4045型三元乙丙橡膠熔融插层复合效果最佳，OMMT用量以10%为宜。在插层复合后，OMMT层间距由1.9nm显著增大至4.5nm，EPDM分子链插入OMMT层间形成有序插层型纳米复合材料。当插层复合后，明显可以看到橡胶密封材料的热稳定性以及其他力学性能都获得了非常明显的改善，同时也显著提高其气体阻隔性能，具有很强的应用优越性。
4、、短纤维的应用
短纤维具有优异且特殊的性能，其使用范围几乎覆盖了所有橡胶制品，由于其具有众多优势使得其在橡胶密封制品中获得了广泛的应用。短纤维补强橡胶复合材料既具有橡胶的弹性，又有纤维的强度和刚度。制品具有高强度、高模量、耐撕裂、抗溶胀等优良性能。当前已经获得了应用的短纤维主要有有机短纤维与无机短纤维两种。木质素短纤维、芳纶短纤维及锦纶短纤维等是目前常用的有机短纤维，而玻璃纤维以及石棉短纤维是主要的无机短纤维。当前将短纤维与橡胶进行复合时，其复合后的材料性能主要受到短纤维的长径比、分散性以及短纤维的取向和断裂等关键因素的影响。
当前将短纤维在橡胶密封制品中的应用中，其中颇受关注的是将丁腈橡胶（NBR）密封材料与短纤维的复合，丁腈橡胶的耐油性极好，非常适合制造耐油密封材料。不过在丁腈橡胶的结构中含有极性的腈基，从而使其滞后现象严重，力学损耗大，在使用过程中容易产热，而该种背景下，其力学性能也会随着温度的升高而大幅度下降。和炭黑增强橡胶相比，短纤维增强橡胶可以赋予橡胶极佳的初始拉伸模量和拉伸强度，从而可以将硫化胶的蠕变性获得极大的改善，同时也会赋予密封件更加优良的耐热性能和抗疲劳性能。可见，通过短纤维在丁腈橡胶中的应用能够明显改善其性能。
三、结束语
综上所述，当前在橡胶密封制品中应用的白炭黑、凹凸棒土、有机蒙脱土以及短纤维优势各有千秋，其中白炭黑以优良的补强性能成为最主要的白色和透明补强填充剂，其用量在不断扩大，而短纤维补强橡胶复合材料既具有橡胶的弹性，又有纤维的强度和刚度，制品具有高强度、高模量、耐撕裂、抗溶胀等优良性能使得其在橡胶密封制品中获得了广泛的应用，值得在实践中运用。
参考文献
[1] 王益庆，张立群，张慧峰，王一中，程治国，徐和昌. 凹凸棒土/ 橡胶纳米复合材料结构和性能研究[J]. 北京化工大学学报（自然科学版），1999，03：25-29.
[2] 程俊梅，于广水，赵树高，张萍. 溶聚丁苯橡胶/炭黑/短纤维复合材料的取向结构与力学性能[J]. 合成橡胶工业，2005，04：300-305.
[3] 金叶玲，钱运华，程晓春，陈静. 改性白云石凹凸棒土在橡胶中填充的可行性探讨[J]. 南京理工大学学报（自然科学版），2005，06：720-723.
[4] 刘吉文，许海燕，吴驰飞. 环氧天然橡胶接枝高分散白炭黑增强天然橡胶复合材料的制备及表征[J]. 高分子学报，2008，02：123-128.
[5] 付文. 接枝改性炭黑、白炭黑应用于天然橡胶的性能研究[D].华南理工大学，2014.
[6] 李博，刘岚，罗鸿鑫，罗远芳，贾德民. 有机蒙脱土/天然橡胶纳米复合材料的阻燃性能研究[J]. 高分子学报，2007，05：456-461.
[7] 黄安民，王小萍，贾德民. 氢化丁腈橡胶/聚甲基丙烯酸镁/有机蒙脱土纳米复合材料制备及其耐介质老化性能[J]. 高分子学报，2012，06：660-665.
[8] 于海琴，王金刚，闫良国. 短纤维增强橡胶复合材料研究进展[J]. 材料科学与工程，2002，02：287-289+234.