Silika yang termendakmerupakan pengisi pengukuh yang penting dalam industri getah. Pelbagai sifatnya secara tidak langsung atau langsung mempengaruhi rintangan lelasan getah dengan mempengaruhi interaksi antara muka dengan matriks getah, penyebaran dan sifat mekanikal getah. Di bawah, bermula daripada sifat utama, kami menganalisis secara terperinci mekanisme pengaruhnya terhadap rintangan lelasan getah:
1. Luas Permukaan Tertentu (BET)
Luas permukaan spesifik merupakan salah satu sifat paling teras silika, yang secara langsung mencerminkan luas sentuhannya dengan getah dan keupayaan pengukuhan, lalu memberi kesan yang ketara terhadap rintangan lelasan.
(1) Pengaruh positif: Dalam julat tertentu, peningkatan luas permukaan tertentu (contohnya, dari 100 m²/g kepada 200 m²/g) meningkatkan luas sentuhan antara muka antara silika dan matriks getah. Ini dapat meningkatkan kekuatan ikatan antara muka melalui "kesan penambatan", meningkatkan daya tahan getah terhadap ubah bentuk dan kesan pengukuhan. Pada ketika ini, kekerasan, kekuatan tegangan, dan kekuatan koyakan getah meningkat. Semasa haus, ia kurang terdedah kepada penyingkiran bahan disebabkan oleh tekanan tempatan yang berlebihan, yang membawa kepada peningkatan ketara dalam rintangan lelasan.
(2) Pengaruh negatif: Jika luas permukaan spesifik terlalu besar (contohnya, melebihi 250 m²/g), daya van der Waals dan ikatan hidrogen antara zarah silika akan menguat, dengan mudah menyebabkan aglomerasi (terutamanya tanpa rawatan permukaan), yang membawa kepada penurunan mendadak dalam keterlarutan. Aglomerat membentuk "titik kepekatan tegasan" dalam getah. Semasa haus, keretakan cenderung berlaku secara khusus di sekitar aglomerat, sebaliknya mengurangkan rintangan lelasan.
Kesimpulan: Terdapat julat luas permukaan spesifik yang optimum (biasanya 150-220 m²/g, berbeza-beza mengikut jenis getah) di mana kebolehceraian dan kesan pengukuhan seimbang, menghasilkan rintangan lelasan yang optimum.
2. Saiz Zarah dan Taburan Saiz
Saiz zarah primer (atau saiz agregat) dan taburan silika secara tidak langsung mempengaruhi rintangan lelasan dengan mempengaruhi keseragaman penyebaran dan interaksi antara muka.
(1) Saiz Zarah: Saiz zarah yang lebih kecil (biasanya berkorelasi positif dengan luas permukaan tertentu) sepadan dengan luas permukaan tertentu yang lebih besar dan kesan pengukuhan yang lebih kuat (seperti di atas). Walau bagaimanapun, saiz zarah yang terlalu kecil (contohnya, saiz zarah primer < 10 nm) meningkatkan tenaga penggumpalan antara zarah dengan ketara, meningkatkan kesukaran penyebaran secara drastik. Ini sebaliknya membawa kepada kecacatan setempat, sekali gus mengurangkan rintangan lelasan.
(2) Taburan Saiz Zarah: Silika dengan taburan saiz zarah yang sempit tersebar secara lebih seragam dalam getah, mengelakkan "titik lemah" yang dibentuk oleh zarah besar (atau aglomerat). Jika taburan terlalu luas (contohnya, mengandungi zarah 10 nm dan lebih 100 nm), zarah besar menjadi titik permulaan haus (lebih baik haus semasa lelasan), yang membawa kepada penurunan rintangan lelasan.
Kesimpulan: Silika dengan saiz zarah kecil (menyamai luas permukaan spesifik optimum) dan taburan sempit adalah lebih bermanfaat untuk meningkatkan rintangan lelasan.
3. Struktur (Nilai Penyerapan DBP)
Struktur mencerminkan kerumitan bercabang agregat silika (dicirikan oleh nilai penyerapan DBP; nilai yang lebih tinggi menunjukkan struktur yang lebih tinggi). Ia mempengaruhi struktur rangkaian getah dan rintangan terhadap ubah bentuk.
(1) Pengaruh positif: Silika dengan struktur tinggi membentuk agregat bercabang tiga dimensi, mewujudkan "rangkaian rangka" yang lebih padat dalam getah. Ini meningkatkan keanjalan dan rintangan getah terhadap set mampatan. Semasa lelasan, rangkaian ini boleh menahan daya hentaman luaran, mengurangkan haus lesu yang disebabkan oleh ubah bentuk berulang, sekali gus meningkatkan rintangan lelasan.
(2) Pengaruh negatif: Struktur yang terlalu tinggi (penyerapan DBP > 300 mL/100g) mudah menyebabkan keterikatan antara agregat silika. Ini membawa kepada peningkatan mendadak dalam kelikatan Mooney semasa pencampuran getah, kebolehaliran pemprosesan yang lemah, dan penyebaran yang tidak sekata. Kawasan dengan struktur setempat yang terlalu padat akan mengalami haus yang dipercepatkan disebabkan oleh kepekatan tegasan, sebaliknya mengurangkan rintangan lelasan.
Kesimpulan: Struktur sederhana (penyerapan DBP 200-250 mL/100g) lebih sesuai untuk mengimbangi kebolehprosesan dan rintangan lelasan.
4. Kandungan Hidroksil Permukaan (Si-OH)
Kumpulan silanol (Si-OH) pada permukaan silika adalah kunci untuk mempengaruhi keserasiannya dengan getah, secara tidak langsung mempengaruhi rintangan lelasan melalui kekuatan ikatan antara muka.
(1) Tidak Dirawat: Kandungan hidroksil yang terlalu tinggi (> 5 kumpulan/nm²) mudah menyebabkan aglomerasi keras antara zarah melalui ikatan hidrogen, mengakibatkan penyebaran yang lemah. Pada masa yang sama, kumpulan hidroksil mempunyai keserasian yang lemah dengan molekul getah (kebanyakannya bukan polar), yang membawa kepada ikatan antara muka yang lemah. Semasa haus, silika cenderung untuk tertanggal daripada getah, sekali gus mengurangkan rintangan lelasan.
(2) Dirawat dengan Agen Gandingan Silana: Agen gandingan (contohnya, Si69) bertindak balas dengan kumpulan hidroksil, mengurangkan aglomerasi antara zarah dan memperkenalkan kumpulan yang serasi dengan getah (contohnya, kumpulan merkapto), meningkatkan kekuatan ikatan antara muka. Pada ketika ini, "penambatan kimia" terbentuk antara silika dan getah. Pemindahan tekanan menjadi seragam, dan pengelupasan antara muka kurang berkemungkinan semasa haus, sekali gus meningkatkan rintangan lelasan dengan ketara.
Kesimpulan: Kandungan hidroksil perlu sederhana (3-5 kumpulan/nm²), dan mesti digabungkan dengan rawatan agen gandingan silana untuk memaksimumkan ikatan antara muka dan meningkatkan rintangan lelasan.
5. Nilai pH
Nilai pH silika (biasanya 6.0-8.0) secara tidak langsung mempengaruhi rintangan lelasan dengan mempengaruhi sistem pemvulkanan getah.
(1) Berasid Terlalu (pH < 6.0): Menghalang aktiviti pemecut pemvulkanan, melambatkan kadar pemvulkanan, dan mungkin juga menyebabkan pemvulkanan yang tidak lengkap dan ketumpatan ikatan silang yang tidak mencukupi dalam getah. Getah dengan ketumpatan ikatan silang yang rendah telah mengurangkan sifat mekanikal (contohnya, kekuatan tegangan, kekerasan). Semasa haus, ia terdedah kepada ubah bentuk plastik dan kehilangan bahan, mengakibatkan rintangan lelasan yang lemah.
(2) Berlebihan Alkali (pH > 8.0): Boleh mempercepatkan pemvulkanan (terutamanya untuk pemecut tiazol), menyebabkan pemvulkanan awal yang terlalu cepat dan penyambungan silang yang tidak sekata (penyambungan silang berlebihan atau penyambungan silang bawah setempat). Kawasan penyambungan silang berlebihan menjadi rapuh, kawasan penyambungan silang bawah mempunyai kekuatan yang rendah; kedua-duanya akan mengurangkan rintangan lelasan.
Kesimpulan: Neutral hingga sedikit berasid (pH 5.0-7.0) lebih sesuai untuk pemvulkanan seragam, memastikan sifat mekanikal getah dan meningkatkan rintangan lelasan.
6. Kandungan Kekotoran
Bendasing dalam silika (seperti ion logam seperti Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ atau garam yang tidak bertindak balas) boleh mengurangkan rintangan lelasan dengan merosakkan struktur getah atau mengganggu pemvulkanan.
(1) Ion Logam: Ion logam peralihan seperti Fe³⁺ memangkinkan penuaan oksidatif getah, mempercepatkan pemotongan rantai molekul getah. Ini membawa kepada pereputan sifat mekanikal bahan dari semasa ke semasa, sekali gus mengurangkan rintangan lelasan. Ca²⁺, Mg²⁺ boleh bertindak balas dengan agen pemvulkanan dalam getah, mengganggu pemvulkanan dan menurunkan ketumpatan ikatan silang.
(2) Garam Larut: Kandungan garam bendasing yang terlalu tinggi (contohnya, Na₂SO₄) meningkatkan higroskopi silika, yang membawa kepada pembentukan gelembung semasa pemprosesan getah. Gelembung ini menghasilkan kecacatan dalaman; semasa haus, kegagalan cenderung bermula di tapak kecacatan ini, sekali gus mengurangkan rintangan lelasan.
Kesimpulan: Kandungan bendasing mesti dikawal ketat (contohnya, Fe³⁺ < 1000 ppm) untuk meminimumkan kesan negatif terhadap prestasi getah.
Secara ringkasnya, pengaruhsilika termendakRintangan lelasan getah terhasil daripada kesan sinergi pelbagai sifat: Luas permukaan spesifik dan saiz zarah menentukan keupayaan pengukuhan asas; struktur mempengaruhi kestabilan rangkaian getah; kumpulan hidroksil permukaan dan pH mengawal ikatan antara muka dan keseragaman pemvulkanan; manakala bendasing merendahkan prestasi dengan merosakkan struktur. Dalam aplikasi praktikal, gabungan sifat mesti dioptimumkan mengikut jenis getah (cth., sebatian bunga tayar, pengedap). Contohnya, sebatian bunga tayar biasanya memilih silika dengan luas permukaan spesifik yang tinggi, struktur sederhana, bendasing rendah dan digabungkan dengan rawatan agen gandingan silana untuk memaksimumkan rintangan lelasan.
Masa siaran: 22 Julai 2025