Nogulsnēts silīcija dioksīdsir svarīga pastiprinoša pildviela gumijas rūpniecībā. Tās dažādās īpašības netieši vai tieši ietekmē gumijas nodilumizturību, ietekmējot saskarnes mijiedarbību ar gumijas matricu, dispersiju un gumijas mehāniskās īpašības. Tālāk, sākot ar galvenajām īpašībām, mēs detalizēti analizējam to ietekmes mehānismus uz gumijas nodilumizturību:
1.Īpatnējā virsmas platība (BET)
Īpatnējā virsma ir viena no silīcija dioksīda galvenajām īpašībām, kas tieši atspoguļo tā saskares laukumu ar gumiju un pastiprināšanas spējas, būtiski ietekmējot nodilumizturību.
(1) Pozitīva ietekme: noteiktā diapazonā, palielinot īpatnējo virsmas laukumu (piemēram, no 100 m²/g līdz 200 m²/g), palielinās silīcija dioksīda un gumijas matricas saskares laukums. Tas var uzlabot saskarnes stiprību, izmantojot “enkurošanas efektu”, uzlabojot gumijas izturību pret deformāciju un pastiprinošo efektu. Šajā brīdī palielinās gumijas cietība, stiepes izturība un plīsuma izturība. Nodiluma laikā tā ir mazāk pakļauta materiāla atdalīšanai pārmērīga lokāla sprieguma dēļ, kas ievērojami uzlabo nodilumizturību.
(2) Negatīva ietekme: Ja īpatnējā virsma ir pārāk liela (piemēram, pārsniedz 250 m²/g), van der Valsa spēki un ūdeņraža saites starp silīcija dioksīda daļiņām pastiprinās, viegli izraisot aglomerāciju (īpaši bez virsmas apstrādes), kas noved pie straujas disperģējamības samazināšanās. Aglomerāti gumijā veido “sprieguma koncentrācijas punktus”. Nodiluma laikā lūzumi parasti rodas ap aglomerātiem, tādējādi samazinot nodilumizturību.
Secinājums: Pastāv optimāls īpatnējās virsmas laukuma diapazons (parasti 150–220 m²/g, mainoties atkarībā no gumijas veida), kurā disperģējamība un pastiprinošā iedarbība ir līdzsvarotas, kā rezultātā tiek panākta optimāla nodilumizturība.
2. Daļiņu izmērs un izmēru sadalījums
Silīcija dioksīda primāro daļiņu izmērs (vai agregāta izmērs) un sadalījums netieši ietekmē nodilumizturību, ietekmējot dispersijas vienmērīgumu un starpfāžu mijiedarbību.
(1) Daļiņu izmērs: Mazāki daļiņu izmēri (parasti pozitīvi korelē ar īpatnējo virsmas laukumu) atbilst lielākiem īpatnējiem virsmas laukumiem un spēcīgākiem pastiprinošiem efektiem (kā minēts iepriekš). Tomēr pārāk mazi daļiņu izmēri (piemēram, primāro daļiņu izmērs < 10 nm) ievērojami palielina aglomerācijas enerģiju starp daļiņām, krasi palielinot dispersijas grūtības. Tas savukārt noved pie lokāliem defektiem, samazinot nodilumizturību.
(2) Daļiņu izmēra sadalījums: silīcija dioksīds ar šauru daļiņu izmēra sadalījumu vienmērīgāk izkliedējas gumijā, izvairoties no "vājiem punktiem", ko veido lielas daļiņas (vai aglomerāti). Ja sadalījums ir pārāk plašs (piemēram, satur daļiņas gan ar 10 nm, gan virs 100 nm), lielas daļiņas kļūst par nodiluma sākuma punktiem (vēlams, nodilst berzes laikā), kā rezultātā samazinās nodilumizturība.
Secinājums: Silīcija dioksīds ar mazu daļiņu izmēru (kas atbilst optimālajai īpatnējai virsmas platībai) un šauru sadalījumu ir labvēlīgāks nodilumizturības uzlabošanai.
3. Struktūra (DBP absorbcijas vērtība)
Struktūra atspoguļo silīcija dioksīda agregātu sazaroto sarežģītību (ko raksturo DBP absorbcijas vērtība; augstāka vērtība norāda uz augstāku struktūru). Tā ietekmē gumijas tīklveida struktūru un izturību pret deformāciju.
(1) Pozitīva ietekme: augstas struktūras silīcija dioksīds veido trīsdimensiju sazarotus agregātus, radot blīvāku “skeleta tīklu” gumijā. Tas uzlabo gumijas elastību un izturību pret saspiešanu. Nodiluma laikā šis tīkls var buferēt ārējos trieciena spēkus, samazinot atkārtotas deformācijas izraisīto noguruma nodilumu, tādējādi uzlabojot nodilumizturību.
(2) Negatīva ietekme: Pārāk augsta struktūra (DBP absorbcija > 300 ml/100 g) viegli izraisa silīcija dioksīda agregātu sapīšanos. Tas noved pie strauja Mūnija viskozitātes pieauguma gumijas maisīšanas laikā, sliktas apstrādes plūstamības un nevienmērīgas dispersijas. Vietās ar lokāli pārāk blīvu struktūru sprieguma koncentrācijas dēļ notiks paātrināts nodilums, kas savukārt samazinās nodilumizturību.
Secinājums: Vidēja struktūra (DBP absorbcija 200–250 ml/100 g) ir piemērotāka apstrādājamības un nodilumizturības līdzsvarošanai.
4. Virsmas hidroksilgrupu saturs (Si-OH)
Silanola grupas (Si-OH) uz silīcija dioksīda virsmas ir galvenās, kas ietekmē tā saderību ar gumiju, netieši ietekmējot nodilumizturību, izmantojot starpfāžu saķeres stiprību.
(1) Neapstrādāts: Pārmērīgi augsts hidroksilgrupu saturs (> 5 grupas/nm²) viegli noved pie cietas aglomerācijas starp daļiņām, izmantojot ūdeņraža saites, kā rezultātā rodas slikta dispersija. Vienlaikus hidroksilgrupām ir slikta saderība ar gumijas molekulām (galvenokārt nepolārām), kā rezultātā rodas vāja starpfāžu saite. Nodiluma laikā silīcija dioksīds mēdz atdalīties no gumijas, samazinot nodilumizturību.
(2) Apstrādāts ar silāna savienojošo aģentu: savienojošie aģenti (piemēram, Si69) reaģē ar hidroksilgrupām, samazinot daļiņu aglomerāciju un ieviešot ar gumiju saderīgas grupas (piemēram, merkapto grupas), uzlabojot starpfāžu saites stiprību. Šajā brīdī starp silīcija dioksīdu un gumiju veidojas “ķīmiskā enkurošana”. Sprieguma pārnešana kļūst vienmērīga, un starpfāžu lobīšanās nodiluma laikā ir mazāk iespējama, ievērojami uzlabojot nodilumizturību.
Secinājums: Hidroksila saturam jābūt mērenam (3–5 grupas/nm²), un tas jāapvieno ar silāna savienošanas aģenta apstrādi, lai maksimāli palielinātu starpfāžu saķeri un uzlabotu nodilumizturību.
5.pH vērtība
Silīcija dioksīda pH vērtība (parasti 6,0–8,0) galvenokārt netieši ietekmē nodilumizturību, ietekmējot gumijas vulkanizācijas sistēmu.
(1) Pārmērīgi skābs (pH < 6,0): kavē vulkanizācijas paātrinātāju aktivitāti, aizkavējot vulkanizācijas ātrumu un pat var izraisīt nepilnīgu vulkanizāciju un nepietiekamu gumijas šķērssaites blīvumu. Gumijai ar zemu šķērssaites blīvumu ir samazinātas mehāniskās īpašības (piemēram, stiepes izturība, cietība). Nodiluma laikā tā ir pakļauta plastiskai deformācijai un materiāla zudumam, kā rezultātā samazinās nodilumizturība.
(2) Pārāk sārmains (pH > 8,0): Var paātrināt vulkanizāciju (īpaši tiazola paātrinātājiem), izraisot pārāk ātru sākotnējo vulkanizāciju un nevienmērīgu šķērssaistīšanos (lokālu pārmērīgu vai nepietiekamu šķērssaistīšanos). Pārāk cieši saistītās vietas kļūst trauslas, nepietiekami saistītām vietām ir zema izturība; abi samazinās nodilumizturību.
Secinājums: Neitrāla līdz viegli skāba vide (pH 5,0–7,0) ir labvēlīgāka vienmērīgai vulkanizācijai, nodrošinot gumijas mehāniskās īpašības un uzlabojot nodilumizturību.
6.Piemaisījumu saturs
Silīcija dioksīda piemaisījumi (piemēram, metālu joni, piemēram, Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ vai nereaģējuši sāļi) var samazināt nodilumizturību, bojājot gumijas struktūru vai traucējot vulkanizāciju.
(1) Metālu joni: Pārejas metālu joni, piemēram, Fe³⁺, katalizē gumijas oksidatīvo novecošanos, paātrinot gumijas molekulāro ķēžu šķelšanos. Tas laika gaitā noved pie materiāla mehānisko īpašību samazināšanās, samazinot nodilumizturību. Ca²⁺, Mg²⁺ var reaģēt ar vulkanizācijas līdzekļiem gumijā, traucējot vulkanizāciju un samazinot šķērssaites blīvumu.
(2) Šķīstošie sāļi: Pārmērīgi augsts piemaisījumu sāļu (piemēram, Na₂SO₄) saturs palielina silīcija dioksīda higroskopiskumu, kā rezultātā gumijas apstrādes laikā veidojas burbuļi. Šie burbuļi rada iekšējus defektus; nodiluma laikā šajās defektu vietās mēdz rasties bojājumi, samazinot nodilumizturību.
Secinājums: Lai līdz minimumam samazinātu negatīvo ietekmi uz gumijas veiktspēju, stingri jākontrolē piemaisījumu saturs (piemēram, Fe³⁺ < 1000 ppm).
Rezumējot, ietekmenogulsnēts silīcija dioksīdsGumijas nodilumizturības ietekme rodas no vairāku īpašību sinerģiskas iedarbības: īpatnējā virsma un daļiņu izmērs nosaka pamata pastiprināšanas spēju; struktūra ietekmē gumijas tīkla stabilitāti; virsmas hidroksilgrupas un pH regulē starpfāžu saiti un vulkanizācijas vienmērīgumu; savukārt piemaisījumi pasliktina veiktspēju, bojājot struktūru. Praktiskā pielietojumā īpašību kombinācija ir jāoptimizē atbilstoši gumijas tipam (piemēram, riepu protektora savienojums, hermētiķis). Piemēram, protektora savienojumiem parasti tiek izvēlēts silīcija dioksīds ar augstu īpatnējo virsmu, vidēju struktūru, zemu piemaisījumu saturu un tiek kombinēts ar silāna savienojuma aģenta apstrādi, lai maksimāli palielinātu nodilumizturību.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 22. jūlijs