Активность поверхности

Третьей значимой характеристикой техуглерода, помимо частиц и агрегатов, является активность поверхности. Экспериментально доказано, что термообработка образца техуглерода с высоким усиливающим потенциалом приводит к снижению усиливающей способности. Поскольку морфология техуглерода меняется очень мало в результате термообработки, снижение усиливающей способности происходит из-за того, что поверхность теряет активность. Доказательством снижения усиливающей способности термообработанного техуглерода является понижение скорости вулканизации, модуля, предела прочности при растяжении, износостойкости и других физических свойств смесей. Степень ухудшения качества резиновых смесей зависит от интенсивности термообработки. Такие эксперименты с отрицательными результатами свидетельствуют о значимости активности поверхности в той части механизма усиления, которая связана с образованием химических связей у поверхности раздела каучук - техуглерод. благодаря подобному эффекту поверхности действие техуглерода отличается от действия наполнителя в обычном понимании этого слова.

Изучая активность поверхности на протяжении многих лет, технологи идентифицировали ряд химических групп, связанных с поверхностью техуглерода. Некоторое время считали, что эти группы должны играть решающую роль в активности поверхности. Было проведено большое количество исследований, направленных на изучение механизма химической реакции поверхности техуглерода. включающей химические группы, с каучуком. Предмет исследований оказался сложным, требующим не простого понимания реакций, а углублённого изучения вопроса. Результаты проведённой работы не были реализованы в промышленности техуглерода.

На основании новых данных предполагают, что активность поверхности, наиболее вероятно, является функцией слоистых плоскостей с открытыми краями, доступных на поверхности вместе со связанными ненасыщенными углеродными связями, а не функцией химических групп, которые могут быть на поверхности. Эта теория соответствует данным, полученным опытным путём.

Самой высокой усиливающей способностью, зависящей от площади поверхности, обладает техуглерод, образование, которого произошло в условиях наименьшего времени реакции. Получены данные, свидетельствующие о том, что непосредственной предтечей готового техуглерода являются частицы с высокой степенью шероховатости, состоящие из сросшихся микрокристаллических плоскостей, которые сначала должны выглядеть как хаотично сросшиеся. Значительный процент этих плоскостей ориентировал таким образом, что концы плоскостей вместе с большим количеством ненасыщенных углеродных связей доступны для каучука. Такая поверхность характеризуется самой высокой химической активностью.

Экспериментально доказано, что в результате термообработки при достаточной высокой температуре кристаллиты реорганизуются так, что слоистые графитовые плоскости оказываются только у поверхности, что способствует образованию максимально возможного количества связей углерод-углерод. Фактически, такая структура характерна для термического техуглерода, что объясняется очень длительным временем реакции. Термический техуглерод, соответственно, имеет очень низкую усиливающую способность.

Помимо воздействия тепла окислительные реакции играют отрицательную роль па последних стадиях всех реакций образования техуглерода. Все окислительные реакции одинаково деструктивны для поверхности частиц техуглерода.

Таким образом, существует ряд состояний активности поверхности, крайние проявления которой описаны выше. Если не проведена какая-либо специфическая химическая обработка, то можно предполагать, что химическая активность поверхности частиц техуглерода всех марок находится в рамках, включающих ряд состояний активности. Среди новых марок техуглерода есть марки с наиболее высоким уровнем качества, которые получают при значительно меньшем времени реакции по сравнению со временем реакции, практиковавшемся в производстве ранее разработанных марок. Эти марки характеризуются улучшенным балансом свойств, пределы оптимизации которого зависят от профессиональных знаний производителя.