Асаджаны крэмнезёмз'яўляецца важным армавальным напаўняльнікам у гумавай прамысловасці. Яго розныя ўласцівасці ўскосна або непасрэдна ўплываюць на ўстойлівасць гумы да ізаляцыі, уплываючы на міжфазнае ўзаемадзеянне з гумовай матрыцай, дысперсію і механічныя ўласцівасці гумы. Ніжэй, пачынаючы з ключавых уласцівасцей, мы падрабязна аналізуем іх механізмы ўплыву на ўстойлівасць гумы да ізаляцыі:
1. Удзельная плошча паверхні (BET)
Удзельная плошча паверхні — адна з найважнейшых уласцівасцей крэмнезёму, якая непасрэдна адлюстроўвае яго плошчу кантакту з гумай і армуючыя здольнасці, істотна ўплываючы на ўстойлівасць да ізаляцыі.
(1) Станоўчы ўплыў: у пэўным дыяпазоне павелічэнне ўдзельнай плошчы паверхні (напрыклад, са 100 м²/г да 200 м²/г) павялічвае плошчу міжфазнага кантакту паміж дыяксідам крэмнію і гумовай матрыцай. Гэта можа павялічыць трываласць міжфазнага злучэння праз «эфект замацавання», паляпшаючы ўстойлівасць гумы да дэфармацыі і ўзмацняючы эфект. У гэты момант павялічваюцца цвёрдасць, трываласць на расцяжэнне і трываласць на разрыў гумы. Падчас зносу яна менш схільная да адслойвання матэрыялу з-за празмернага лакальнага напружання, што прыводзіць да значнага паляпшэння ўстойлівасці да ізаляцыі.
(2) Негатыўны ўплыў: калі ўдзельная плошча паверхні занадта вялікая (напрыклад, перавышае 250 м²/г), сілы Ван-дэр-Ваальса і вадародныя сувязі паміж часціцамі крэмнезёму ўзмацняюцца, лёгка выклікаючы агламерацыю (асабліва без апрацоўкі паверхні), што прыводзіць да рэзкага зніжэння дысперснасці. Агламераты ўтвараюць «кропкі канцэнтрацыі напружанняў» унутры гумы. Падчас зносу разбурэнне, як правіла, адбываецца пераважна вакол агламератаў, што наадварот зніжае ўстойлівасць да ізаляцыі.
Выснова: Існуе аптымальны дыяпазон удзельнай плошчы паверхні (звычайна 150-220 м²/г, у залежнасці ад тыпу гумы), пры якім дысперснасць і армавальны эфект збалансаваны, што прыводзіць да аптымальнай устойлівасці да ізаляцыі.
2. Памер часціц і размеркаванне памераў
Памер першасных часціц (або памер агрэгата) і размеркаванне крэмнезёму ўскосна ўплываюць на ўстойлівасць да ізаляцыі, уплываючы на аднастайнасць дысперсіі і міжфазнае ўзаемадзеянне.
(1) Памер часціц: Меншыя памеры часціц (звычайна станоўча карэлююць з удзельнай плошчай паверхні) адпавядаюць большай удзельнай плошчы паверхні і больш моцнаму ўзмацняльнаму эфекту (як паказана вышэй). Аднак празмерна малыя памеры часціц (напрыклад, памер першасных часціц < 10 нм) значна павялічваюць энергію агламерацыі паміж часціцамі, што рэзка павялічвае цяжкасці дысперсіі. Замест гэтага гэта прыводзіць да лакальных дэфектаў, зніжаючы ўстойлівасць да ізаляцыі.
(2) Размеркаванне памеру часціц: Дыяксід крэмнію з вузкім размеркаваннем памеру часціц больш раўнамерна размеркаваецца ў каўчуку, пазбягаючы «слабых месцаў», утвораных буйнымі часціцамі (або агламератамі). Калі размеркаванне занадта шырокае (напрыклад, змяшчае часціцы памерам як 10 нм, так і больш за 100 нм), буйныя часціцы становяцца кропкамі пачатку зносу (пераважна сціраюцца падчас абразіі), што прыводзіць да зніжэння ўстойлівасці да абразіі.
Выснова: Дыяксід крэмнію з малым памерам часціц (што адпавядае аптымальнай удзельнай плошчы паверхні) і вузкім размеркаваннем больш карысны для павышэння ўстойлівасці да ізаляцыі.
3. Структура (значэнне паглынання ДБФ)
Структура адлюстроўвае разгалінаваную складанасць агрэгатаў крэмнезёму (характарызуецца значэннем паглынання DBP; больш высокае значэнне паказвае на больш высокую структуру). Яна ўплывае на сеткаватую структуру каўчуку і яго ўстойлівасць да дэфармацыі.
(1) Станоўчы ўплыў: дыяксід крэмнію з высокай структурай утварае трохмерныя разгалінаваныя агрэгаты, ствараючы больш шчыльную «шкілетную сетку» ўнутры гумы. Гэта павышае эластычнасць гумы і яе ўстойлівасць да дэфармацыі. Падчас ізаляцыі гэтая сетка можа амартызаваць знешнія ўдарныя сілы, памяншаючы знос ад стомленасці, выкліканы паўторнай дэфармацыяй, тым самым паляпшаючы ўстойлівасць да ізаляцыі.
(2) Негатыўны ўплыў: Занадта высокая структура (паглынанне ДБФ > 300 мл/100 г) лёгка выклікае заблытванне паміж агрэгатамі крэмнезёму. Гэта прыводзіць да рэзкага павелічэння глейкасці па Муні падчас змешвання гумы, дрэннай цякучасці пры апрацоўцы і нераўнамернага размеркавання. Участкі з лакальна занадта шчыльнай структурай будуць адчуваць паскораны знос з-за канцэнтрацыі напружанняў, што, наадварот, зніжае ўстойлівасць да ізаляцыі.
Выснова: Сярэдняя структура (паглынанне DBP 200-250 мл/100 г) больш падыходзіць для балансавання апрацоўвальнасці і ўстойлівасці да ізаляцыі.
4. Змест паверхневых гідраксільных груп (Si-OH)
Сіланольныя групы (Si-OH) на паверхні дыяксіду крэмнію з'яўляюцца ключавымі для ўплыву на яго сумяшчальнасць з гумай, ускосна ўплываючы на ўстойлівасць да ізаляцыі праз трываласць міжфазнай сувязі.
(1) Неапрацаваны: Занадта высокае ўтрыманне гідраксільных груп (> 5 гідраксільных груп/нм²) лёгка прыводзіць да моцнай агламерацыі паміж часціцамі праз вадародныя сувязі, што прыводзіць да дрэннай дысперсіі. Адначасова гідраксільныя групы маюць дрэнную сумяшчальнасць з малекуламі каўчуку (у асноўным непалярнымі), што прыводзіць да слабой міжфазнай сувязі. Падчас зносу крэмній схільны аддзяляцца ад каўчуку, зніжаючы ўстойлівасць да ізаляцыі.
(2) Апрацоўка сіланавым злучальным агентам: злучальныя агенты (напрыклад, Si69) рэагуюць з гідраксільнымі групамі, памяншаючы агламерацыю паміж часціцамі і ўводзячы групы, сумяшчальныя з гумай (напрыклад, меркаптагрупы), павялічваючы трываласць міжфазнай сувязі. У гэты момант паміж крэмнезёмам і гумай утвараецца «хімічнае замацаванне». Перадача напружання становіцца раўнамернай, і міжфазнае адслойванне менш верагодна падчас зносу, што значна паляпшае ўстойлівасць да ізаляцыі.
Выснова: Утрыманне гідраксільных груп павінна быць умераным (3-5 груп/нм²) і павінна спалучацца з апрацоўкай сіланавым злучным агентам для максімізацыі міжфазнай сувязі і паляпшэння ўстойлівасці да ізаляцыі.
5. Значэнне pH
Значэнне pH дыяксіду крэмнію (звычайна 6,0-8,0) ускосна ўплывае на ўстойлівасць да ізаляцыі, уплываючы на сістэму вулканізацыі гумы.
(1) Залішне кіслы (pH < 6,0): тармозіць актыўнасць паскаральнікаў вулканізацыі, запавольваючы хуткасць вулканізацыі і нават можа прывесці да няпоўнай вулканізацыі і недастатковай шчыльнасці зшывання ў гуме. Гума з нізкай шчыльнасцю зшывання мае зніжаныя механічныя ўласцівасці (напрыклад, трываласць на расцяжэнне, цвёрдасць). Падчас зносу яна схільная да пластычнай дэфармацыі і страты матэрыялу, што прыводзіць да нізкай устойлівасці да ізаляцыі.
(2) Залішне шчолачная (pH > 8,0): можа паскорыць вулканізацыю (асабліва для тыязольных паскаральнікаў), што прывядзе да залішне хуткай пачатковай вулканізацыі і нераўнамернага зшывання (лакальнае празмернае або недастатковае зшыванне). Залішне зшытыя ўчасткі становяцца далікатнымі, недастаткова зшытыя — маюць нізкую трываласць; абодва фактары зніжаюць устойлівасць да ізаляцыі.
Выснова: Нейтральны або слабакіслы (pH 5,0-7,0) больш спрыяльны для раўнамернай вулканізацыі, забеспячэння механічных уласцівасцей гумы і паляпшэння ўстойлівасці да ізаляцыі.
6. Змест прымешак
Прымешкі ў крэмніі (напрыклад, іёны металаў, такія як Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, або нерэагаваўшыя солі) могуць знізіць устойлівасць да ізаляцыі, пашкоджваючы структуру гумы або перашкаджаючы вулканізацыі.
(1) Іоны металаў: Іоны пераходных металаў, такія як Fe³⁺, каталізуюць акісляльнае старэнне гумы, паскараючы разрыў малекулярнага ланцуга гумы. Гэта прыводзіць да пагаршэння механічных уласцівасцей матэрыялу з цягам часу, зніжаючы ўстойлівасць да ізаляцыі. Ca²⁺, Mg²⁺ могуць рэагаваць з вулканізуючымі агентамі ў гуме, перашкаджаючы вулканізацыі і зніжаючы шчыльнасць зшывання.
(2) Растваральныя солі: Занадта высокае ўтрыманне прымесных соляў (напрыклад, Na₂SO₄) павялічвае гіграскапічнасць крэмнезёму, што прыводзіць да ўтварэння бурбалак падчас апрацоўкі гумы. Гэтыя бурбалкі ствараюць унутраныя дэфекты; падчас зносу разбурэнне, як правіла, пачынаецца ў месцах гэтых дэфектаў, зніжаючы ўстойлівасць да ізаляцыі.
Выснова: Змест прымешак павінен строга кантралявацца (напрыклад, Fe³⁺ < 1000 ppm), каб мінімізаваць негатыўны ўплыў на характарыстыкі гумы.
Карацей кажучы, уплыўасаджаны дыяксід крэмніюУплыў на ўстойлівасць гумы да ізаляцыі з'яўляецца вынікам сінергетычнага эфекту некалькіх уласцівасцей: удзельная плошча паверхні і памер часціц вызначаюць фундаментальную армуючую здольнасць; структура ўплывае на стабільнасць гумовай сеткі; паверхневыя гідраксільныя групы і pH рэгулююць міжфазныя сувязі і аднастайнасць вулканізацыі; у той час як прымешкі пагаршаюць характарыстыкі, пашкоджваючы структуру. У практычным прымяненні спалучэнне ўласцівасцей павінна быць аптымізавана ў залежнасці ад тыпу гумы (напрыклад, сумесі пратэктара шын, герметыка). Напрыклад, для сумесяў пратэктараў звычайна выбіраюць дыяксід крэмнію з высокай удзельнай плошчай паверхні, сярэдняй структурай, нізкім утрыманнем прымешак і спалучаюць яго з апрацоўкай сіланавым злучным агентам для максімізацыі ўстойлівасці да ізаляцыі.
Час публікацыі: 22 ліпеня 2025 г.