Wpływ gumowej sadzy na właściwości gumy

Kauczuk naturalny i ogólny kauczuk syntetyczny, jego czysta wulkanizowana guma ma niską wytrzymałość na zerwanie i nie jest odporna na zużycie, więc nie ma wartości przemysłowej. Jednak po dodaniu sadzy właściwości wulkanizatu zostały poprawione, takie jak zwiększona twardość, moduł, energia zerwania, wytrzymałość na zerwanie, odporność na rozdarcie, odporność na zmęczenie i zwiększona odporność na zużycie itp. Ta poprawa właściwości gumy Sadza ma duży wpływ na właściwości przetwarzania gumy, takie jak wielkość cząstek sadzy, poziom struktury i dozowanie, które mają duży wpływ na właściwości przetwarzania gumy i właściwości wulkanizatu.

Weźmy kauczuk butadienowo-styrenowy jako przykład, aby porozmawiać o wpływie na różne właściwości.

(1) Czas mieszania i dyspersja

Im mniejszy rozmiar cząstek sadzy, tym mniejsza zdolność dyspergowania, tym łatwiej jest rozproszyć się nierównomiernie, a wydajność produktu ulegnie pogorszeniu, dlatego należy to zauważyć.

W początkowej fazie mieszania sadzy i gumy, zgodnie z danymi, został rozproszony w stanie koloidalnym (2 i pół minuty) i wydawał się brązowy w przepuszczaniu światła. Kiedy mieszanie było kontynuowane, więcej sadzy zostało rozproszone w stanie koloidalnym (3 minuty). Oznacza to najkrótszy czas mieszania, który może spełnić wymagania wydajności wulkanizatu) Gdy czas mieszania wydłuża się do ośmiu minut, mieszana guma wykazuje gładką powierzchnię. Jeśli czas mieszania jest zbyt długi lub temperatura jest zbyt wysoka, czas przypalenia zmniejsza się wraz ze wzrostem struktury sadzy.

Eksperymenty wykazały, że bieżnik jest wadliwy z powodu fragmentów i wtrąceń cząstek sadzy, zwłaszcza twardych wtrąceń. Pod koniec dodatków, podczas deformacji, najpierw powstaje stężenie naprężeń i powstają puste przestrzenie, co powoduje pęknięcia. , a dalsza ekspansja (czyli wzrost pęknięcia) ostatecznie prowadzi do awarii rozciągania.

Jeśli dyspersja jest dobra, nie ma to miejsca, ponieważ krawędź rozrywająca jest pasywowana (powolna) i jest wynikiem rozproszenia naprężeń. Aby uzyskać jednolitą i dobrą dyspersję, bardzo ważne są warunki mieszania. Aby utrzymać mieszankę gumową o wysokiej lepkości, temperatura mieszania nie powinna być zbyt skąpa, a zmiękczacz należy dodać na końcu, w przeciwnym razie efekt dyspersji ulegnie pogorszeniu, szczególnie w przypadku średniej i super piecowej czerni. Celem dodania go przed niską strukturą jest zwiększenie lepkości, tak aby zapewnić, że mieszanka gumowa ma wystarczające naprężenia ścinające, tak aby sadza zmieszana z fragmentami inkluzyjnymi mogła być równomiernie rozproszona, więc drugie mieszanie jest lepsze niż pierwsze mieszanie.

Wraz ze wzrostem stopnia dyspersji sadzy, ogólnie rzecz biorąc, zmiany wydajności wulkanizatu sadzy są następujące: zmniejsza się wytrzymałość na rozciąganie, zwiększa się pękanie i wydłużenie, zmniejsza się kształt długowieczności wody, zmniejsza się opalenizna, a wartość opałowa maleje, dokładność Mooneya jest zmniejszona, zwiększa się odporność, zmniejsza się zużycie, spowalnia się wzrost pęknięć, poprawia się odporność na rozdarcie, zmniejsza twardość i zmniejsza się pęcznienie matrycy.

(2) Problem lepkości

Podstawowe właściwości sadzy wpływają na lepkość Mooneya mieszanki gumowej. Na przykład dawka mieszania jest taka sama jak warunki mieszania. Im mniejszy rozmiar cząstek, tym wyższa lepkość Mooneya, tym wyższa struktura i tym większa dawka, która może odpowiednio zwiększyć lepkość Mooneya. Ponadto ugniatanie w wysokiej temperaturze może poprawić lepkość Mooneya ze względu na wzrost żelu sadzy, a po dodaniu odpowiedniej ilości oleju operacyjnego można poprawić stopień dyspersji sadzy, a lepkość Mooneya można również zwiększyć, ale ilość działającego oleju jest zbyt duża. Ma wpływ na zmniejszenie lepkości Mooneya.

Jeśli chodzi o lepkość wypełnienia, większość ludzi w ostatnich latach wyraziła ją za pomocą równania lepkości Einsteina:

Tutaj lepkość G ma liniową zależność z frakcją objętościową (tj. Stężeniem objętościowym) wypełniacza sadzy. Należy zauważyć, że równanie to dotyczy tylko obojętnych sadzy, a nie aktywnych sadzy, ani grafitizowanych sadzy (nieaktywnych, ale strukturalnych).

Kluczem jest tworzenie się kleju wiążącego (takiego jak żel sadzy) podczas mieszania, który jest również nazywany efektem wtórnym. Wynika to ze wzrostu struktury sadzy (takiej jak wysoka struktura), która prowadzi do wzrostu gumy wiążącej. Ze względu na mechaniczne uszkodzenie gumy podczas mieszania, wolne rodniki są generowane i łączone z grupami powierzchniowo czynnymi sadzy. Dlatego uważa się, że wpływ strukturyzacji na gumę wiążącą musi być powiązany. Powierzchnia sadzy wiąże się z większą aktywnością, która jest proporcjonalna do kwadratu objętości, więc równanie Einsteina ewoluuje w równanie GufhーーGold:

Ze względu na wzrost struktury sadzy zwiększa się lepkość gumy złożonej, co skutkuje zwiększeniem działania ścinającego podczas mieszania, co zużywa dużą ilość energii, co prowadzi do wzrostu stężenia wolnych rodników gumowych, w wyniku czego powstaje duża ilość gumy wiążącej, co dodatkowo zwiększa lepkość. , przypalenie jest dodatkowo przyspieszone.