Útfellt kísiler mikilvægt styrkingarefni í gúmmíiðnaðinum. Ýmsir eiginleikar þess hafa óbeint eða beint áhrif á núningþol gúmmís með því að hafa áhrif á milliflötinn við gúmmígrunnefnið, dreifingu og vélræna eiginleika gúmmís. Hér að neðan, út frá helstu eiginleikum, greinum við ítarlega áhrif þeirra á núningþol gúmmís:
1. Sérstakt yfirborðsflatarmál (BET)
Eðlisfræðilegt yfirborðsflatarmál er einn af kjarnaeiginleikum kísils og endurspeglar beint snertiflatarmál þess við gúmmí og styrkingargetu, sem hefur veruleg áhrif á núningþol.
(1) Jákvæð áhrif: Innan ákveðins bils eykur aukning á yfirborðsflatarmáli (t.d. úr 100 m²/g í 200 m²/g) snertiflatarmál kísils og gúmmígrunnefnis. Þetta getur aukið styrk tengifletisins með „akkeráhrifum“, sem bætir mótstöðu gúmmísins gegn aflögun og styrkingaráhrif. Á þessum tímapunkti eykst hörka, togstyrkur og rifþol gúmmísins. Við slit er það minna viðkvæmt fyrir losun efnisins vegna of mikils staðbundins álags, sem leiðir til verulegrar aukningar á núningþoli.
(2) Neikvæð áhrif: Ef yfirborðsflatarmálið er of stórt (t.d. meira en 250 m²/g) styrkjast van der Waals kraftarnir og vetnistengi milli kísilagna, sem veldur auðveldlega kekkjun (sérstaklega án yfirborðsmeðferðar) og leiðir til mikillar minnkunar á dreifingarhæfni. Kekkjur mynda „spennupunkta“ í gúmmíinu. Við slit eiga brot sér stað aðallega í kringum kekkjurnar, sem aftur á móti dregur úr núningþoli.
Niðurstaða: Til er kjörinn yfirborðsflatarmálsbil (venjulega 150-220 m²/g, mismunandi eftir gúmmítegund) þar sem dreifinleiki og styrkingaráhrif eru jöfn, sem leiðir til bestu mögulegu núningþols.
2. Agnastærð og stærðardreifing
Aðalagnastærð (eða samanlagðarstærð) og dreifing kísils hafa óbeint áhrif á núningþol með því að hafa áhrif á einsleitni dreifingar og víxlverkun milliviðmóta.
(1) Agnastærð: Minni agnastærðir (venjulega í jákvæðri fylgni við yfirborðsflatarmál) samsvara stærra yfirborðsflatarmáli og sterkari styrkingaráhrifum (eins og að ofan). Hins vegar auka of litlar agnastærðir (t.d. aðalagnastærð < 10 nm) verulega kekkjunarorkuna milli agna, sem eykur dreifingarerfiðleika verulega. Þetta leiðir í staðinn til staðbundinna galla, sem dregur úr núningþoli.
(2) Dreifing agnastærðar: Kísil með þrönga agnastærðardreifingu dreifist jafnar í gúmmíi og forðast „veikleikapunkta“ sem myndast af stórum ögnum (eða samloðunum). Ef dreifingin er of breið (t.d. inniheldur agnir bæði 10 nm og stærri en 100 nm) verða stórar agnir að slitpunktum (helst slitnar við núning), sem leiðir til minnkaðrar núningþols.
Niðurstaða: Kísil með litla agnastærð (sem passar við kjöryfirborð) og þrönga dreifingu er gagnlegra til að auka núningþol.
3. Uppbygging (DBP frásogsgildi)
Uppbygging endurspeglar greinótta flækjustig kísilkorna (einkennist af DBP frásogsgildi; hærra gildi gefur til kynna hærri uppbyggingu). Það hefur áhrif á netbyggingu gúmmísins og mótstöðu gegn aflögun.
(1) Jákvæð áhrif: Kísil með mikilli uppbyggingu myndar þrívíddargreinóttar agnir, sem skapar þéttara „beinagrindarnet“ innan gúmmísins. Þetta eykur teygjanleika gúmmísins og viðnám gegn þjöppun. Við núning getur þetta net mótað utanaðkomandi höggkrafta, dregið úr þreytu og sliti af völdum endurtekinnar aflögunar og þar með bætt núningþol.
(2) Neikvæð áhrif: Of mikil uppbygging (DBP frásog > 300 ml/100 g) veldur auðveldlega flækju milli kísilkorna. Þetta leiðir til mikillar aukningar á seigju Mooney við blöndun gúmmísins, lélegrar flæðishæfni í vinnslu og ójafnrar dreifingar. Svæði með staðbundið of þéttri uppbyggingu munu upplifa hraðara slit vegna spennuþéttni, sem aftur á móti dregur úr núningþoli.
Niðurstaða: Meðalstór uppbygging (DBP frásog 200-250 ml/100g) hentar betur til að vega og metta vinnsluhæfni og núningþol.
4. Yfirborðshýdroxýlinnihald (Si-OH)
Silanólhóparnir (Si-OH) á kísilyfirborði eru lykilatriði í að hafa áhrif á eindrægni þess við gúmmí og hafa óbeint áhrif á núningþol í gegnum styrk tengiefna við yfirborðið.
(1) Ómeðhöndlað: Of hátt hýdroxýlinnihald (> 5 hópar/nm²) leiðir auðveldlega til harðrar kekkjunar milli agna með vetnistengi, sem leiðir til lélegrar dreifingar. Samtímis hafa hýdroxýlhóparnir lélega samhæfni við gúmmísameindir (aðallega óskautaðar), sem leiðir til veikrar tengifletis. Við slit er kísil viðkvæmt fyrir losnun frá gúmmíinu, sem dregur úr núningþoli.
(2) Meðhöndlað með silan tengiefni: Tengiefni (t.d. Si69) hvarfast við hýdroxýlhópa, draga úr kekkjun milli agna og kynna hópa sem eru samhæfðir gúmmíi (t.d. merkaptóhópa), sem eykur styrk millifletisbindingarinnar. Á þessum tímapunkti myndast „efnafræðileg akkering“ milli kísil og gúmmís. Spennuflutningur verður jafnari og minni líkur eru á að millifletir flagni við slit, sem bætir verulega núningþol.
Niðurstaða: Hýdroxýlinnihald þarf að vera í meðallagi (3-5 hópar/nm²) og verður að blanda því saman við meðferð með silan-tengiefni til að hámarka tengingu millifletis og bæta núningþol.
5.pH gildi
PH-gildi kísils (venjulega 6,0-8,0) hefur fyrst og fremst óbeint áhrif á núningþol með því að hafa áhrif á vúlkaniseringarkerfið í gúmmíi.
(1) Of súrt (pH < 6,0): Hamlar virkni vökvunarhraðla, seinkar vökvunarhraða og getur jafnvel leitt til ófullkominnar vökvunar og ófullnægjandi þverbindingarþéttleika í gúmmíinu. Gúmmí með lágan þverbindingarþéttleika hefur minnkaða vélræna eiginleika (t.d. togstyrk, hörku). Við slit er það viðkvæmt fyrir plastaflögun og efnistapi, sem leiðir til lélegrar núningþols.
(2) Of basískt (pH > 8,0): Getur hraðað vúlkaniseringu (sérstaklega fyrir þíasólhraðala), sem veldur of hraðri upphafsvúlkaniseringu og ójafnri þvertengingu (staðbundinni ofþvertengingu eða vanþvertengingu). Ofþverbundin svæði verða brothætt, vanþverbundin svæði hafa lítinn styrk; hvort tveggja mun draga úr núningþoli.
Niðurstaða: Hlutlaust til örlítið súrt (pH 5,0-7,0) er hagstæðara fyrir einsleita vúlkaniseringu, sem tryggir vélræna eiginleika gúmmísins og bætir núningþol.
6. Óhreinindainnihald
Óhreinindi í kísil (eins og málmjónir eins og Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ eða óhvarfuð sölt) geta dregið úr núningþoli með því að skemma gúmmíbyggingu eða trufla vúlkaniseringu.
(1) Málmjónir: Umbreytingarmálmjónir eins og Fe³⁺ hvata oxunaröldrun gúmmísins og flýta fyrir sundrun sameindakeðjunnar. Þetta leiðir til hnignunar á vélrænum eiginleikum efnisins með tímanum og dregur úr núningþoli. Ca²⁺ og Mg²⁺ geta brugðist við vúlkaniseringarefnum í gúmmíinu, truflað vúlkaniseringu og lækkað þverbindingarþéttleika.
(2) Leysanleg sölt: Of mikið innihald óhreinindasalta (t.d. Na₂SO₄) eykur rakadrægni kísilsins, sem leiðir til myndunar loftbóla við gúmmívinnslu. Þessar loftbólur valda innri göllum; við slit eiga bilanir til að hefjast á þessum gallastöðum, sem dregur úr núningþoli.
Niðurstaða: Óhreinindainnihald verður að vera stranglega stjórnað (t.d. Fe³⁺ < 1000 ppm) til að lágmarka neikvæð áhrif á eiginleika gúmmísins.
Í stuttu máli, áhrifin afútfellt kísilÁ núningþol gúmmís stafar af samverkandi áhrifum margra eiginleika: Eðlisfræðilegt yfirborðsflatarmál og agnastærð ákvarða grundvallarstyrkingargetu; uppbygging hefur áhrif á stöðugleika gúmmínetsins; yfirborðshýdroxýlhópar og pH stjórna tengifleti og einsleitni vúlkaniseringar; en óhreinindi draga úr afköstum með því að skemma uppbygginguna. Í hagnýtum notkun verður að fínstilla samsetningu eiginleika í samræmi við gúmmítegundina (t.d. slitflötsefni, þéttiefni). Til dæmis velja slitflötsefni venjulega kísil með hátt eðlisfræðilegt yfirborðsflatarmál, meðalstóra uppbyggingu, lág óhreinindi og eru ásamt meðferð með silan tengiefni til að hámarka núningþol.
Birtingartími: 22. júlí 2025