Разработка технологии получения термообработанного наполнителя для создания строительных, электротехнических и электронных материалов

научная работа

1.2.1 Дисперсность наполнителя (размер частиц и удельная поверхность)

С возрастанием степени дисперсности наполнителя увеличивается поверхность его соприкосновения с каучуком. В смесях с одинаковым содержанием наполнителя поверхность соприкосновения его с каучуком увеличивается обратно пропорционально среднему диаметру частиц. Увеличение поверхности наполнителя означает возрастание поверхностной энергии, величина которой тем больше, чем меньше размер частиц (благодаря возрастанию кривизны поверхности)[1- 4].

Наибольшими усиливающими свойствами обладают наполнители с частицами коллоидных размеров (100 - 10 ммк). Дальнейшее уменьшение размеров частиц затрудняет получение однородных дисперсных систем каучук - наполнитель вследствие усиленной агломерации частиц наполнителя.

С уменьшением размера частиц усиливающих саж предел прочности при растяжении, сопротивление на раздир, истирание и твердость вулканизатов увеличиваются, удлинение их и пластичность сырых смесей уменьшаются. При этом эластичность, измеряемая по упругому отскоку, линейно уменьшается, а теплообразование растет по мере уменьшения размера частиц и увеличения степени наполнения.

Форма частиц. Влияние формы частиц наполнителя на свойства резины, особенно на сопротивление раздиру, значительно; на механическую прочность резины форма частиц (в пределах величины коллоидных частиц) не влияет.

Наилучшей формой частиц наполнителя является такая, при которой размеры ее одинаковы по трем осям. Если одна ось значительно больше двух других (частицы в форме палочек) или значительно короче двух других (частиц пластинчатой формы), то резиновая смесь приобретает сильно выраженную анизотропную структуру. При направленных механических воздействиях, например при каландровании и шприцевании, частицы таких наполнителей ориентируются по большим осям в направлении действующей силы. Анизотропная структура остается почти неизменной и в вулканизатах, в отличие от анизотропии каучука, возникающей в результате каландрового эффекта.

Анизотропия резин может быть обнаружена следующим образом:

· если при постоянном растяжении отношение толщины образца к его ширине остается таким же, как в ненаполненной резине, значит наполнитель изотропен; уменьшение этого отношения свидетельствует об анизотропности наполнителя;

· по характеру кривых нагрузка - растяжение, полученных при растяжении образцов в трех направлениях; в направлении больших осей частиц наполнителя, под углом к большим осям и перпендикулярно им. При испытании резины с анизотропными наполнителями (например, каолинами) кривые нагрузка - растяжение имеют различный характер. При растяжении в направлении больших осей кривая отклоняется к оси нагрузок; при растяжении в направлении, перпендикулярном к большой оси, кривая отклоняется к оси растяжения, а при растяжении под углом к большой оси - занимает среднее положение;

· при равном количестве частиц наполнителя в единице объема смеси анизотропные наполнители сообщают вулканизатам большие остаточные деформации;

· смеси с наполнителями, частицы которых имеют пластинчатую форму, легче подвергаются раздиру в направлении больших осей, так как пластинчатые частицы при каландровании и шприцевании располагаются параллельно действующей силе, т. е. смеси также приобретают анизотропную структуру.

Анизотропными наполнителями являются углекислая магнезия, каолины, бариты молотые и окись цинка ; изотропными - сажи.

Модули смесей. Было установлено, что модули Юнга резиновой смеси аналогичны вязкости суспензии симметричных твердых частиц в жидкости (при отсутствии взаимодействия между частицами в суспензии). Зависимость вязкости от концентрации суспензии может быть выражена уравнением (выведенным из уравнения Эйнштейна):

0(), (1.1)

где 0- вязкость жидкой среды; - отношение объема твердых частиц к общему объему суспензии.

При повышенных концентрациях суспензии, когда частицы могут взаимодействовать, уравнение (1.1) приобретает следующий вид:

0(+14,12) (1.2)

При повышенных концентрациях наполнителей, обычно применяемых в практике, модули М наполненных резин могут быть выражены аналогичным уравнением:

0(+14,12), (1.3)

где М0 - модуль ненаполненной резины.

Это уравнение справедливо для изотропных наполнителей. Если же наполнители анизотропны, уравнение (1.3) приобретает несколько иной вид:

0(1+0,67ff2 2), (1.4)

где f - отношение длины частицы наполнителя к ее поперечному размеру.

Таким образом, модули резин зависят от количества вводимых наполнителей (так называемый объем загрузки) и от формы их частиц.

Делись добром ;)