1、前言
我國是世界耗膠大國，2006年耗膠量為450萬噸，居世界首位預計到2010年耗膠量將達到600萬噸，仍穩居世界首位。我國也是世界輪胎制造大國，2006年生產輪胎2.8億條，僅次于美國，居世界第二位預計到2010年，輪胎產量將達到3.2億條，將超過美國，居世界首位。其他非輪胎橡膠制品耗膠量達165萬噸，占世界20%，幾乎相當于美國和日本的總和。力車胎（自行車胎）、膠鞋產量均居世界首位。膠管、膠帶和乳膠制品產量均居世界前列。
橡膠工業大量使用粉體材料作為填充劑，其用量僅次于橡膠耗用量。補強填充劑能提高橡膠制品的強度，使制品有良好的耐磨耗、耐撕裂、耐寒、耐熱、耐油、耐化學腐蝕等性能，延長制品使用壽命。非補強填充劑主要起填充增容作用，有時也兼有隔離、脫摸或著色作用，有利于膠料的加工操作。微米級非補強型填充劑經過表面化學改性具有半補強性能納米級（粒徑為1～100nm）填充劑由于粒徑極小，比表面積很大，用于橡膠制品使之具有高強度、高韌性、高比熱、高電導率和高磁化率等寶貴特性。
近年來由于石油價格猛漲，使得以石油產品為原料的合成橡膠、橡膠配合劑的價格上漲，大大增加了橡膠制品的生產成本，對橡膠工業的發展起了不利的影響。為了擺脫原料對石油資源的依賴，促進橡膠工業持續、穩定、協調發展，開發非石油資源的橡膠配合劑是橡膠原材料發展的方向。
2．橡膠工業用粉體材料
在橡膠制品中粉體材料主要用作填充劑。
應用最廣泛，用量最大的是炭黑和白炭黑，它們的粒徑范圍在納米級（1～100nm）和亞微米級（101～500nm）。爐法和槽法生產的炭黑，粒徑均為納米級熱裂法生產的炭黑，粒徑為亞微米級。白炭黑粒徑均為納米級，氣相法白炭黑粒徑范圍3～40nm，沉淀法白炭黑粒徑范圍16～100nm。
炭黑的成份90～99%是元素碳，其余是少量揮發份和水分。在生產過程中其表面吸附或結合了少量羧基、醌基、酚基、內酯基等化學基團。早年曾經認為炭黑的補強效能僅取決于其粒徑（或比表面積）大小及結構性，而與其表面化學性質無關。近年來大量研究結果表明，炭黑粒子表面的化學基團在混煉過程中能與橡膠起化學反應，使結合膠增加，進而增進了硫化膠的力學性能和耐老化性能。2006年，全世界炭黑耗用量為860萬噸，我國為175萬噸，占世界耗用量的20.3%。預計到2010年世界炭黑耗用量將達1010萬噸，我國為225萬噸，占世界耗用量的22.3%。
白炭黑主要用作白色或淺色橡膠制品補強劑，也可用于黑色橡膠制品。其補強性能遜于炭黑，其粒子表面化學基團與炭黑完全不同。氣相法白炭黑表面含有硅醇基si-oh，沉淀法白炭黑表面含有硅醇基si-oh，也有ho-si-oh。氣相法白炭黑表面呈酸性，沉淀法白炭黑表面呈酸性或呈堿性。呈酸性會遲延膠料硫化速度，呈堿性則會加快硫化速度。白炭黑表面微孔多，吸濕性強，對補強不利。用硅烷偶聯劑進行表面改性，能改善其補強性能。2006年我國白炭黑耗用量為20.2萬噸2010年白炭黑需求量將達27萬噸。
非補強型填充劑 這類填充劑主要品種為天然非金屬礦物粉體材料，如含水合硅酸鋁的陶土，含碳酸鈣的石灰石粉、大理石粉、白堊粉、貝殼粉，含碳酸鈣鎂的白云石粉，含硅酸鎂的硅灰石粉、滑石粉、海泡石粉、石棉粉，含硅酸鋁鉀的長石粉、云母粉，含硅酸鋁鎂鈉的凹凸棒土粉，含二氧化硅的硅粉、硅土粉、硅藻土粉、蛋白頁巖粉，含硫酸鋇的重晶石粉，含硫酸鈣的石膏粉，含無定形碳的細煤粉，含硅酸鋁碳的煤矸石粉以及含硅酸鋁的累托石粉、粉煤灰等。這類填充劑在橡膠制品中的用量如以耗較量為100計，約占25（其中陶土為9，碳酸鈣為4，其余為12）。2006年，我國耗膠量為450萬噸，耗用陶土約40.5萬噸，碳酸鈣18萬噸，其他非礦粉體材料約54萬噸。預計到2010年，耗較量將達600萬噸，陶土需求量為54萬噸，碳酸鈣需求量為24萬噸，其他非礦粉體材料需求量為72萬噸
粉體材料大量用于橡膠工業，主要用作填充劑。炭黑和白炭黑是補強型填充劑，雙相炭黑綜合了兩者的應用特性，已經在大型輪胎生產中使用。非金屬礦物粉體材料是非補強型填充劑，他們的作用是能改善加工工藝，降低生產成本。對微米級、亞微米級的這類材料進一步超細納米化或進行表面化學改性處理，就可以升級為補強型填充劑。為了擺脫橡膠配合劑原料對石油資源的依賴，應當著力開發非石油資源的橡膠配合劑，逐步替代以石油產品為原料用化學方法合成的橡膠配合劑。
3.粉體材料發展趨勢
3.1 補強型填充劑高性能化
為了滿足高性能輪胎胎面膠性能要求，新開發出粒徑極小，比表面積很大的超高結構炭黑eb-109，與原有炭黑相比具有低的滾動阻力，高的耐磨性和優良的抗濕滑性，是很有前途的高性能輪胎胎面膠用炭黑。
近十年來開發成功的另一個新品種是雙相炭黑，即采用共汽化法（干法）或在炭黑淤漿中加入硅酸鈉加水分解（濕法）制得。前者為csdp補強劑，是白炭黑分散于炭黑中，表面有細微的缺陷部后者為scc補強劑，是涂白炭黑的炭黑。填充csdp的膠料有良好的防濕滑性能和低的滾動阻力，但耐磨性差填充scc的膠料在高溫區的tanδ數值低，在低溫區的tanδ數值高，用于輪胎胎面有良好的綜合性能。
3.2 非補強型填充劑功能化
非金屬礦物粉體材料加入橡膠主要作用是改善加工工藝和降低生產成本，對橡膠沒有補強作用，故歸入非補強型填充劑一類。對細度達到微米級和亞微米級的這類填充劑進行表面化學改性，即可使其具有半補強或補強功能。典型的例子是：
（1）用脂肪酸對超細碳酸鈣進行表面化學改性，使其粒子表面形成脂肪酸鈣，能均勻分散在橡膠中，
增加橡膠與碳酸鈣顆粒表面的濕潤程度，從而顯著提高其對橡膠的補強效果。這類產品日本稱之為“白艷華”，其補強性能可與白炭黑媲美。
（2）硅酸鋁礦粉經超細粉碎，用硅烷偶聯劑進行表面化學改性制得的橡膠補強劑6851系列產品，其補強效能接近半補強炭黑，可部份替代半補強炭黑用于各類橡膠制品。在乙丙橡膠中可部份替代快壓出爐黑，膠料物理性能變化不大，耐熱性能提高，工藝性能良好。突出的優點是在保持原配方膠料性能的基礎上能大大降低生產成本。
3.3 粉體材料納米化
納米材料是一種既不同于晶態，又不同于非晶態的第三類固體材料，通常指三維空間尺寸至少有一維處于納米量級（1～100nm）的固體材料。與常規材料相比，納米材料具有高強度、高韌性、高比熱、高熱膨脹系數、高電導率、高擴散率和高磁化率等寶貴特性。
爐法、槽法炭黑和白炭黑粒徑都在納米量級，均為納米材料，對橡膠有顯著的補強作用。如將非金屬礦物粉體材料納米化，理論上也能具備炭黑、白炭黑那樣的補強性能。
高分子材料（橡膠、塑料）使用納米材料的難點在于：用現有的工藝裝備加工技術無法實現納米材料在復合材料中以納米形態分散，這是由于納米顆粒已接近分子、原子尺寸，范德華力和分子間力使之容易
團聚。用電子顯微鏡觀察混煉膠中炭黑分散可清楚看到炭黑聚集態存在。要真正實現納米形態分散，還需要多方面努力。在天然膠乳和合成膠乳中混入納米材料，再凝固成干膠以及在微米、亞微米顆粒表面包復納米材料有一定效果。一旦納米分散難點取得突破，納米材料的應用將開創一個新的時代。
3.4 原料非石油資源化
目前合成橡膠和許多配合劑原料對石油資源的依賴性很大。石油是不可再生的能源，總有一天會消耗殆盡。目前石油價格猛漲對橡膠工業沖擊很大。減小和擺脫這種依賴性是廣大科技人員應當下工夫解決的大問題。
今年四月在上海召開的“2007中國輪胎技術在汽車工業應用研討會”上，dr.s.n. chakravarty報告了一項俄羅斯和印度合作開發的成果“新型非石油資源橡膠補強劑shungit”很值得關注，這是一種天然的含碳30%和硅酸鹽70%的球狀分層物質，細度在納米級，用于輪胎和各類非輪胎制品可部份或全部替代炭黑和白炭黑，目前俄羅斯已在輪胎和非輪胎橡膠制品中投入使用。在我國也開始了應用試驗工作，一旦試驗成功，市場前景是可觀的。
4.結語
