ゴム特性に及ぼすゴムカーボンブラックの影響

天然ゴムおよび一般的な合成ゴム、その純粋な加硫ゴムは、破壊強度が低く、耐摩耗性がないため、工業的使用価値はない。しかし、カーボンブラックを添加した後、硬度、弾性率、破断エネルギー、破断強度、耐引裂き性、耐疲労性、耐摩耗性の向上など、加硫物の特性が向上しました。このゴム特性の改善カーボンブラックは、カーボンブラックの粒径、構造レベルおよび投与量などのゴム加工特性に大きな影響を与え、ゴム加工特性および加硫物特性に大きな影響を与える。

スチレンブタジエンゴムを例にとり、さまざまな特性への影響について話します。

(1)混合時間と分散

カーボンブラックの粒径が小さければ小さいほど、分散能が低くなり、不均一に分散しやすくなり、製品の性能が悪くなるので注意が必要である。

カーボンブラックとゴムを混合した初期段階では、データによると、コロイド状(2分半)に分散し、光透過下では褐色に見えた。混合を継続すると、さらにカーボンブラックがコロイド状態で分散した(3分間)。すなわち、加硫物の性能要求を満たすことができる最短の混合時間)を混合時間が8分まで延長すると、混合ゴムは滑らかな表面を示す。混合時間が長すぎたり、温度が高すぎたりすると、カーボンブラック構造の増加に伴ってスコーチタイムが低下する。

実験は、カーボンブラック粒子断片および介在物、特に硬質介在物のためにトレッドに欠陥があることを示している。添加剤の最後には、変形時に応力集中が最初に形成され、ボイドが形成され、亀裂を生じる。そして、さらなる膨張(すなわち、亀裂の増加)は、最終的に引張破壊につながる。

分散が良好な場合、引き裂きエッジが不動態化(鈍い)し、応力分散の結果であるため、これは当てはまりません。均一で良好な分散液を得るためには、混合条件が極めて重要である。ゴムコンパウンドを高粘度に保つために、混合温度はあまりにも刺すようなものではなく、最後に柔軟剤を添加する必要があり、さもなければ分散効果は、特に媒体およびスーパーファーネスブラックの場合に悪化する。低構造の前にそれを添加する目的は、ゴム化合物が十分な剪断応力を有することを確実にするために粘度を増大させることであり、その結果、包接断片と混合されたカーボンブラックを均一に分散させることができるので、第2の混合は第1の混合よりも良好である。

カーボンブラックの分散度の増加に伴い、一般に、カーボンブラック加硫物の性能変化は、引張強度が低下し、破壊および伸びが増加し、水寿命形状が減少し、黄褐色が減少し、発熱量が低下し、ムーニー精度が低下し、抵抗が増加し、摩耗が減少し、亀裂成長が遅くなり、 耐引裂き性が向上し、硬度が低下し、金型のうねりが低減されます。

(2)粘度の問題

カーボンブラックの基本的な特性は、ゴムコンパウンドのムーニー粘度に影響を与えます。例えば、配合剤は混合条件と同様である。粒径が小さいほど、ムーニー粘度が高くなり、構造が高くなり、投与量が大きくなり、それに応じてムーニー粘度を増加させることができる。また、高温での混練はカーボンブラックゲルの増加によりムーニー粘度を向上させることができ、適量の作動油を添加した後、カーボンブラックの分散度を向上させることができ、ムーニー粘度も高めることができるが、作動油の量が多すぎる。ムーニー粘度を低下させる効果があります。

充填粘度に関しては、近年のほとんどの人はアインシュタイン粘度方程式でそれを表現しています:

ここで粘度Gは、カーボンブラックフィラーの体積分率(すなわち体積濃度)と直線関係を有する。この式は不活性カーボンブラックにのみ適用され、活性炭ブラックにも黒鉛化カーボンブラック(不活性だが構造的)にも適用されないことに留意すべきである。

鍵となるのは、混合中の結合接着剤(カーボンブラックゲルなど)の形成によるもので、これは二次効果とも呼ばれます。これは、結合ゴムの増加につながるカーボンブラック構造(高構造など)の増加によるものです。混合中のゴムへの機械的損傷のために、フリーラジカルが生成され、カーボンブラック界面活性基と結合する。したがって、結合ゴムに対する構造化の効果は関連しているに違いないと考えられる。カーボンブラックの表面積は、体積の2乗に比例するより大きな活性と関連しているため、アインシュタイン方程式はGufhーーゴールド方程式に進化します。

カーボンブラック構造の増加により、配合ゴムの粘度が上昇し、混合時のせん断作用が増大し、これが大量のエネルギーを消費し、ゴムフリーラジカルの濃度の増加をもたらし、その結果、多量の結合ゴムが生成され、粘度がさらに上昇する。、焦げ付きはさらに加速される。