Таложен силициум диоксиде важен армирачки фил во гумената индустрија. Неговите различни својства индиректно или директно влијаат на отпорноста на абење на гумата преку влијание врз меѓуфазната интеракција со гумената матрица, дисперзијата и механичките својства на гумата. Подолу, почнувајќи од клучните својства, детално ги анализираме нивните механизми на влијание врз отпорноста на абење на гумата:
1. Специфична површина (BET)
Специфичната површина е едно од најосновните својства на силициумот, директно одразувајќи ја неговата контактна површина со гумата и способноста за зајакнување, значително влијаејќи на отпорноста на абење.
(1) Позитивно влијание: Во одреден опсег, зголемувањето на специфичната површина (на пр., од 100 m²/g до 200 m²/g) ја зголемува површината на меѓуфазен контакт помеѓу силициумот и гумената матрица. Ова може да ја зголеми цврстината на меѓуфазното поврзување преку „ефектот на закотвување“, подобрувајќи ја отпорноста на гумата на деформација и ефектот на зајакнување. Во овој момент, тврдоста, цврстината на истегнување и цврстината на кинење на гумата се зголемуваат. За време на абењето, таа е помалку склона кон одлепување на материјалот поради прекумерен локален стрес, што доведува до значително подобрување на отпорноста на абење.
(2) Негативно влијание: Ако специфичната површина е преголема (на пр., надминува 250 m²/g), ван дер Валсовите сили и водородните врски помеѓу силициумските честички се зајакнуваат, лесно предизвикувајќи агломерација (особено без површинска обработка), што доведува до нагло опаѓање на дисперзибилноста. Агломератите формираат „точки на концентрација на стрес“ во гумата. За време на абењето, кршењето има тенденција да се појави претежно околу агломератите, обратно намалувајќи ја отпорноста на абење.
Заклучок: Постои оптимален опсег на специфична површина (обично 150-220 m²/g, што варира во зависност од типот на гума) каде што дисперзивноста и ефектот на зајакнување се избалансирани, што резултира со оптимална отпорност на абење.
2. Големина на честичките и распределба на големината
Примарната големина на честичките (или големината на агрегатот) и дистрибуцијата на силициум диоксид индиректно влијаат на отпорноста на абење преку влијание врз униформноста на дисперзијата и меѓуфазната интеракција.
(1) Големина на честички: Помалите големини на честички (обично позитивно корелирани со специфичната површина) одговараат на поголеми специфични површини и посилни зајакнувачки ефекти (како погоре). Сепак, претерано малите големини на честички (на пр., големина на примарните честички < 10 nm) значително ја зголемуваат енергијата на агломерација помеѓу честичките, драстично зголемувајќи ја тешкотијата на дисперзија. Ова наместо тоа води до локални дефекти, намалувајќи ја отпорноста на абење.
(2) Распределба на големината на честичките: Силиката со тесна дистрибуција на големината на честичките се дисперзира порамномерно во гумата, избегнувајќи „слаби точки“ формирани од големи честички (или агломерати). Ако дистрибуцијата е премногу широка (на пр., содржи честички од 10 nm и над 100 nm), големите честички стануваат точки на иницијација на абење (по можност се трошат за време на абењето), што доведува до намалена отпорност на абење.
Заклучок: Силиката со мала големина на честичките (што одговара на оптималната специфична површина) и тесна дистрибуција е покорисна за подобрување на отпорноста на абење.
3. Структура (вредност на апсорпција на DBP)
Структурата ја одразува разгранетата комплексност на силициумските агрегати (карактеризирана со вредност на апсорпција на DBP; повисоката вредност означува повисока структура). Влијае на мрежестата структура на гумата и отпорноста на деформација.
(1) Позитивно влијание: Силикатот со висока структура формира тридимензионални разгранети агрегати, создавајќи погуста „скелетна мрежа“ во рамките на гумата. Ова ја зголемува еластичноста на гумата и отпорноста на компресивно стврднување. За време на абењето, оваа мрежа може да ги амортизира надворешните ударни сили, намалувајќи го абењето од замор предизвикано од повторена деформација, со што се подобрува отпорноста на абење.
(2) Негативно влијание: Премногу високата структура (апсорпција на DBP > 300 mL/100 g) лесно предизвикува заплеткување помеѓу силициумските агрегати. Ова доведува до нагло зголемување на Муни вискозитетот за време на мешањето на гумата, слаба проточност при обработката и нееднаква дисперзија. Областите со локално премногу густи структури ќе доживеат забрзано абење поради концентрација на стрес, а обратно ќе ја намалат отпорноста на абење.
Заклучок: Средната структура (апсорпција на DBP 200-250 mL/100 g) е посоодветна за балансирање на обработливоста и отпорноста на абење.
4. Содржина на површински хидроксил (Si-OH)
Силанолските групи (Si-OH) на површината на силициумот се клучни за влијание врз неговата компатибилност со гумата, индиректно влијаејќи на отпорноста на абење преку јачината на меѓуслојното поврзување.
(1) Нетретирано: Премногу високата содржина на хидроксил (> 5 групи/nm²) лесно доведува до цврста агломерација помеѓу честичките преку водородни врски, што резултира со слаба дисперзија. Истовремено, хидроксилните групи имаат слаба компатибилност со молекулите на гумата (претежно неполарни), што доведува до слабо меѓуфазно поврзување. За време на абењето, силициумот е склонен да се одвои од гумата, намалувајќи ја отпорноста на абење.
(2) Третирано со силански сврзувачки агенс: Сврзувачките агенси (на пр., Si69) реагираат со хидроксилни групи, намалувајќи ја меѓучестичката агломерација и воведувајќи групи компатибилни со гума (на пр., меркапто групи), зголемувајќи ја јачината на меѓуфазното поврзување. Во овој момент, се формира „хемиско закотвување“ помеѓу силициумот и гумата. Преносот на стрес станува униформен, а меѓуфазното лупење е помалку веројатно за време на абењето, значително подобрувајќи ја отпорноста на абење.
Заклучок: Содржината на хидроксил треба да биде умерена (3-5 групи/nm²) и мора да се комбинира со третман со средство за спојување силан за да се максимизира меѓуфазното поврзување и да се подобри отпорноста на абење.
5. pH вредност
pH вредноста на силициумот (обично 6,0-8,0) првенствено индиректно влијае на отпорноста на абење преку влијание врз системот за вулканизација на гумата.
(1) Премногу кисела (pH < 6,0): Ја инхибира активноста на забрзувачите на вулканизацијата, одложувајќи ја брзината на вулканизација, па дури може да доведе и до нецелосна вулканизација и недоволна густина на вкрстена врска во гумата. Гумата со ниска густина на вкрстена врска има намалени механички својства (на пр., затегнувачка цврстина, тврдост). За време на абењето, таа е склона кон пластична деформација и губење на материјал, што резултира со слаба отпорност на абење.
(2) Претерано алкална (pH > 8,0): Може да ја забрза вулканизацијата (особено за тиазолни забрзувачи), предизвикувајќи претерано брза почетна вулканизација и нерамномерно вкрстено поврзување (локално прекумерно вкрстено поврзување или недоволно вкрстено поврзување). Прекумерно поврзаните области стануваат кршливи, недоволно поврзаните области имаат ниска цврстина; и двете ќе ја намалат отпорноста на абење.
Заклучок: Неутрална до малку кисела (pH 5,0-7,0) е поповолна за рамномерна вулканизација, обезбедувајќи механички својства на гумата и подобрувајќи ја отпорноста на абење.
6. Содржина на нечистотии
Нечистотиите во силициумот (како што се метални јони како Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ или нереагирани соли) можат да ја намалат отпорноста на абење со оштетување на гумената структура или попречување на вулканизацијата.
(1) Метални јони: Јоните на преодни метали како Fe³⁺ катализираат оксидативно стареење на гумата, забрзувајќи го расцепувањето на молекуларниот ланец на гумата. Ова доведува до влошување на механичките својства на материјалот со текот на времето, намалувајќи ја отпорноста на абење. Ca²⁺, Mg²⁺ може да реагираат со вулканизирачки агенси во гумата, попречувајќи ја вулканизацијата и намалувајќи ја густината на вкрстената врска.
(2) Растворливи соли: Премногу високата содржина на соли од нечистотии (на пр., Na₂SO₄) ја зголемува хигроскопноста на силициумот, што доведува до формирање меурчиња за време на обработката на гумата. Овие меурчиња создаваат внатрешни дефекти; за време на абењето, на овие места на дефекти има тенденција да се појави дефект, намалувајќи ја отпорноста на абење.
Заклучок: Содржината на нечистотии мора строго да се контролира (на пр., Fe³⁺ < 1000 ppm) за да се минимизираат негативните влијанија врз перформансите на гумата.
Накратко, влијанието напреципитирана силикаОтпорноста на абење на гумата е резултат на синергистичкиот ефект на повеќе својства: Специфичната површина и големината на честичките ја одредуваат основната способност за зајакнување; структурата влијае на стабилноста на гумената мрежа; површинските хидроксилни групи и pH вредноста го регулираат меѓуфазното поврзување и униформноста на вулканизацијата; додека нечистотиите ги намалуваат перформансите со оштетување на структурата. Во практични апликации, комбинацијата на својства мора да се оптимизира според типот на гума (на пр., соединение за газење на гума, заптивна смеса). На пример, соединенијата за газење обично избираат силициум диоксид со висока специфична површина, средна структура, ниски нечистотии и се комбинираат со силански спрегнувачки агенс за третман за да се максимизира отпорноста на абење.
Време на објавување: 22 јули 2025 година