రబ్బరు రాపిడి నిరోధకతపై అవక్షేపణ సిలికా యొక్క వివిధ లక్షణాల ప్రభావం

అవక్షేపిత సిలికారబ్బరు పరిశ్రమలో ఒక ముఖ్యమైన ఉపబల పూరకం. దీని వివిధ లక్షణాలు రబ్బరు మాతృక, వ్యాప్తి మరియు రబ్బరు యొక్క యాంత్రిక లక్షణాలతో ఇంటర్‌ఫేషియల్ ఇంటరాక్షన్‌ను ప్రభావితం చేయడం ద్వారా రబ్బరు యొక్క రాపిడి నిరోధకతను పరోక్షంగా లేదా ప్రత్యక్షంగా ప్రభావితం చేస్తాయి. క్రింద, ముఖ్య లక్షణాల నుండి ప్రారంభించి, రబ్బరు రాపిడి నిరోధకతపై వాటి ప్రభావం యొక్క విధానాలను మేము వివరంగా విశ్లేషిస్తాము:

1. నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యం (BET)

నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యం సిలికా యొక్క అత్యంత ప్రధాన లక్షణాలలో ఒకటి, ఇది రబ్బరుతో దాని సంపర్క ప్రాంతాన్ని ప్రత్యక్షంగా ప్రతిబింబిస్తుంది మరియు బలపరిచే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది రాపిడి నిరోధకతను గణనీయంగా ప్రభావితం చేస్తుంది.

(1) సానుకూల ప్రభావం: ఒక నిర్దిష్ట పరిధిలో, నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యాన్ని (ఉదా., 100 m²/g నుండి 200 m²/g వరకు) పెంచడం వలన సిలికా మరియు రబ్బరు మాతృక మధ్య ఇంటర్‌ఫేషియల్ కాంటాక్ట్ ప్రాంతం పెరుగుతుంది. ఇది "యాంకరింగ్ ఎఫెక్ట్" ద్వారా ఇంటర్‌ఫేషియల్ బాండింగ్ బలాన్ని పెంచుతుంది, ఇది రబ్బరు యొక్క వైకల్య నిరోధకత మరియు బలపరిచే ప్రభావాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది. ఈ సమయంలో, రబ్బరు యొక్క కాఠిన్యం, తన్యత బలం మరియు కన్నీటి బలం పెరుగుతాయి. ధరించే సమయంలో, అధిక స్థానిక ఒత్తిడి కారణంగా ఇది పదార్థ నిర్లిప్తతకు తక్కువ అవకాశం ఉంటుంది, ఇది రాపిడి నిరోధకతలో గణనీయమైన మెరుగుదలకు దారితీస్తుంది.

(2) ప్రతికూల ప్రభావం: నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యం చాలా పెద్దగా ఉంటే (ఉదా., 250 m²/g కంటే ఎక్కువ), సిలికా కణాల మధ్య వాన్ డెర్ వాల్స్ బలాలు మరియు హైడ్రోజన్ బంధం బలపడతాయి, సులభంగా సముదాయానికి కారణమవుతాయి (ముఖ్యంగా ఉపరితల చికిత్స లేకుండా), ఇది చెదరగొట్టడంలో పదునైన తగ్గుదలకు దారితీస్తుంది. అగ్లోమెరేట్‌లు రబ్బరు లోపల "ఒత్తిడి సాంద్రత బిందువులను" ఏర్పరుస్తాయి. ధరించే సమయంలో, పగుళ్లు అగ్లోమెరేట్‌ల చుట్టూ ప్రాధాన్యతగా సంభవిస్తాయి, దీనికి విరుద్ధంగా రాపిడి నిరోధకతను తగ్గిస్తాయి.

ముగింపు: ఒక సరైన నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యం పరిధి ఉంది (సాధారణంగా 150-220 m²/g, రబ్బరు రకాన్ని బట్టి మారుతుంది), ఇక్కడ చెదరగొట్టే సామర్థ్యం మరియు ఉపబల ప్రభావం సమతుల్యంగా ఉంటాయి, ఫలితంగా సరైన రాపిడి నిరోధకత ఏర్పడుతుంది.

2. కణ పరిమాణం మరియు పరిమాణ పంపిణీ

ప్రాథమిక కణ పరిమాణం (లేదా మొత్తం పరిమాణం) మరియు సిలికా పంపిణీ వ్యాప్తి ఏకరూపత మరియు ఇంటర్‌ఫేషియల్ పరస్పర చర్యను ప్రభావితం చేయడం ద్వారా రాపిడి నిరోధకతను పరోక్షంగా ప్రభావితం చేస్తాయి.

(1) కణ పరిమాణం: చిన్న కణ పరిమాణాలు (సాధారణంగా నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యంతో సానుకూలంగా సహసంబంధం కలిగి ఉంటాయి) పెద్ద నిర్దిష్ట ఉపరితల ప్రాంతాలకు మరియు బలమైన ఉపబల ప్రభావాలకు అనుగుణంగా ఉంటాయి (పైన చెప్పినట్లుగా). అయితే, అతిగా చిన్న కణ పరిమాణాలు (ఉదా., ప్రాథమిక కణ పరిమాణం < 10 nm) కణాల మధ్య సముదాయ శక్తిని గణనీయంగా పెంచుతాయి, వ్యాప్తి కష్టాన్ని తీవ్రంగా పెంచుతాయి. బదులుగా ఇది స్థానిక లోపాలకు దారితీస్తుంది, రాపిడి నిరోధకతను తగ్గిస్తుంది.

(2) కణ పరిమాణ పంపిణీ: ఇరుకైన కణ పరిమాణ పంపిణీ కలిగిన సిలికా రబ్బరులో మరింత ఏకరీతిలో చెదరగొడుతుంది, పెద్ద కణాలు (లేదా అగ్లోమెరేట్‌లు) ఏర్పడిన "బలహీనమైన బిందువులను" నివారిస్తుంది. పంపిణీ చాలా విస్తృతంగా ఉంటే (ఉదాహరణకు, 10 nm మరియు 100 nm కంటే ఎక్కువ కణాలను కలిగి ఉంటుంది), పెద్ద కణాలు దుస్తులు ప్రారంభ బిందువులుగా మారుతాయి (ప్రాధాన్యంగా రాపిడి సమయంలో అరిగిపోతాయి), ఇది రాపిడి నిరోధకత తగ్గడానికి దారితీస్తుంది.

ముగింపు: చిన్న కణ పరిమాణం (సరైన నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యానికి సరిపోలడం) మరియు ఇరుకైన పంపిణీ కలిగిన సిలికా రాపిడి నిరోధకతను పెంచడానికి మరింత ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది.

3. నిర్మాణం (DBP శోషణ విలువ)

ఈ నిర్మాణం సిలికా కంకరల యొక్క శాఖల సంక్లిష్టతను ప్రతిబింబిస్తుంది (DBP శోషణ విలువ ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది; అధిక విలువ అధిక నిర్మాణాన్ని సూచిస్తుంది). ఇది రబ్బరు యొక్క నెట్‌వర్క్ నిర్మాణం మరియు వైకల్యానికి నిరోధకతను ప్రభావితం చేస్తుంది.

(1) సానుకూల ప్రభావం: అధిక నిర్మాణం కలిగిన సిలికా త్రిమితీయ శాఖల సముదాయాలను ఏర్పరుస్తుంది, రబ్బరు లోపల దట్టమైన "అస్థిపంజర నెట్‌వర్క్"ను సృష్టిస్తుంది. ఇది రబ్బరు యొక్క స్థితిస్థాపకత మరియు కుదింపు సెట్‌కు నిరోధకతను పెంచుతుంది. రాపిడి సమయంలో, ఈ నెట్‌వర్క్ బాహ్య ప్రభావ శక్తులను బఫర్ చేయగలదు, పదేపదే వైకల్యం వల్ల కలిగే అలసట ధరలను తగ్గిస్తుంది, తద్వారా రాపిడి నిరోధకతను మెరుగుపరుస్తుంది.

(2) ప్రతికూల ప్రభావం: అధిక నిర్మాణం (DBP శోషణ > 300 mL/100g) సిలికా కంకరల మధ్య సులభంగా చిక్కుకుపోయేలా చేస్తుంది. ఇది రబ్బరు మిక్సింగ్ సమయంలో మూనీ స్నిగ్ధతలో పదునైన పెరుగుదలకు, పేలవమైన ప్రాసెసింగ్ ప్రవాహ సామర్థ్యం మరియు అసమాన వ్యాప్తికి దారితీస్తుంది. స్థానికంగా అధిక సాంద్రత కలిగిన నిర్మాణాలు ఉన్న ప్రాంతాలు ఒత్తిడి సాంద్రత కారణంగా వేగవంతమైన దుస్తులు ధరిస్తాయి, దీనికి విరుద్ధంగా రాపిడి నిరోధకతను తగ్గిస్తాయి.

ముగింపు: మధ్యస్థ నిర్మాణం (DBP శోషణ 200-250 mL/100g) ప్రాసెసిబిలిటీ మరియు రాపిడి నిరోధకతను సమతుల్యం చేయడానికి మరింత అనుకూలంగా ఉంటుంది.

4.ఉపరితల హైడ్రాక్సిల్ కంటెంట్ (Si-OH)

సిలికా ఉపరితలంపై ఉన్న సిలానాల్ సమూహాలు (Si-OH) రబ్బరుతో దాని అనుకూలతను ప్రభావితం చేయడంలో కీలకం, ఇంటర్‌ఫేషియల్ బంధన బలం ద్వారా రాపిడి నిరోధకతను పరోక్షంగా ప్రభావితం చేస్తాయి.

(1) చికిత్స చేయకపోవడం: అధికంగా హైడ్రాక్సిల్ కంటెంట్ (> 5 గ్రూపులు/nm²) హైడ్రోజన్ బంధం ద్వారా కణాల మధ్య గట్టి సముదాయానికి దారితీస్తుంది, ఫలితంగా పేలవమైన వ్యాప్తి జరుగుతుంది. అదే సమయంలో, హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు రబ్బరు అణువులతో (ఎక్కువగా నాన్-పోలార్) పేలవమైన అనుకూలతను కలిగి ఉంటాయి, ఇది బలహీనమైన ఇంటర్‌ఫేషియల్ బంధానికి దారితీస్తుంది. ధరించే సమయంలో, సిలికా రబ్బరు నుండి విడిపోయే అవకాశం ఉంది, రాపిడి నిరోధకతను తగ్గిస్తుంది.

(2) సిలేన్ కప్లింగ్ ఏజెంట్‌తో చికిత్స చేయబడింది: కప్లింగ్ ఏజెంట్లు (ఉదా. Si69) హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలతో చర్య జరుపుతాయి, ఇంటర్-పార్టికల్ అగ్లోమరేషన్‌ను తగ్గిస్తాయి మరియు రబ్బరుతో అనుకూలమైన సమూహాలను పరిచయం చేస్తాయి (ఉదా. మెర్కాప్టో సమూహాలు), ఇంటర్‌ఫేషియల్ బంధన బలాన్ని పెంచుతాయి. ఈ సమయంలో, సిలికా మరియు రబ్బరు మధ్య "రసాయన యాంకరింగ్" ఏర్పడుతుంది. ఒత్తిడి బదిలీ ఏకరీతిగా మారుతుంది మరియు ధరించే సమయంలో ఇంటర్‌ఫేషియల్ పీలింగ్ తక్కువగా ఉంటుంది, రాపిడి నిరోధకతను గణనీయంగా మెరుగుపరుస్తుంది.

ముగింపు: హైడ్రాక్సిల్ కంటెంట్ మితంగా ఉండాలి (3-5 గ్రూపులు/nm²), మరియు ఇంటర్‌ఫేషియల్ బంధాన్ని పెంచడానికి మరియు రాపిడి నిరోధకతను మెరుగుపరచడానికి సిలేన్ కప్లింగ్ ఏజెంట్ చికిత్సతో కలిపి ఉండాలి.

5.pH విలువ

సిలికా యొక్క pH విలువ (సాధారణంగా 6.0-8.0) ప్రధానంగా రబ్బరు వల్కనైజేషన్ వ్యవస్థను ప్రభావితం చేయడం ద్వారా రాపిడి నిరోధకతను పరోక్షంగా ప్రభావితం చేస్తుంది.

(1) అధిక ఆమ్లత్వం (pH < 6.0): వల్కనైజేషన్ యాక్సిలరేటర్ల కార్యకలాపాలను నిరోధిస్తుంది, వల్కనైజేషన్ రేటును ఆలస్యం చేస్తుంది మరియు రబ్బరులో అసంపూర్ణ వల్కనైజేషన్ మరియు తగినంత క్రాస్లింక్ సాంద్రతకు కూడా దారితీయవచ్చు. తక్కువ క్రాస్లింక్ సాంద్రత కలిగిన రబ్బరు యాంత్రిక లక్షణాలను తగ్గించింది (ఉదా., తన్యత బలం, కాఠిన్యం). ధరించే సమయంలో, ఇది ప్లాస్టిక్ వైకల్యం మరియు పదార్థ నష్టానికి గురవుతుంది, ఫలితంగా పేలవమైన రాపిడి నిరోధకత ఏర్పడుతుంది.

(2) అధికంగా ఆల్కలీన్ (pH > 8.0): వల్కనైజేషన్‌ను వేగవంతం చేయవచ్చు (ముఖ్యంగా థియాజోల్ యాక్సిలరేటర్లకు), దీనివల్ల అధిక వేగవంతమైన ప్రారంభ వల్కనైజేషన్ మరియు అసమాన క్రాస్‌లింకింగ్ (స్థానిక ఓవర్-క్రాస్‌లింకింగ్ లేదా అండర్-క్రాస్‌లింకింగ్) ఏర్పడుతుంది. ఓవర్-క్రాస్‌లింకింగ్ చేయబడిన ప్రాంతాలు పెళుసుగా మారతాయి, అండర్-క్రాస్‌లింకింగ్ చేయబడిన ప్రాంతాలు తక్కువ బలాన్ని కలిగి ఉంటాయి; రెండూ రాపిడి నిరోధకతను తగ్గిస్తాయి.

ముగింపు: తటస్థం నుండి కొద్దిగా ఆమ్లం (pH 5.0-7.0) ఏకరీతి వల్కనైజేషన్‌కు మరింత అనుకూలంగా ఉంటుంది, రబ్బరు యాంత్రిక లక్షణాలను నిర్ధారిస్తుంది మరియు రాపిడి నిరోధకతను మెరుగుపరుస్తుంది.

6. అశుద్ధ కంటెంట్

సిలికాలో మలినాలు (Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ వంటి లోహ అయాన్లు లేదా చర్య జరపని లవణాలు వంటివి) రబ్బరు నిర్మాణాన్ని దెబ్బతీయడం ద్వారా లేదా వల్కనైజేషన్‌లో జోక్యం చేసుకోవడం ద్వారా రాపిడి నిరోధకతను తగ్గిస్తాయి.

(1) లోహ అయాన్లు: Fe³⁺ వంటి పరివర్తన లోహ అయాన్లు రబ్బరు ఆక్సీకరణ వృద్ధాప్యాన్ని ఉత్ప్రేరకపరుస్తాయి, రబ్బరు పరమాణు గొలుసు విభజనను వేగవంతం చేస్తాయి. ఇది కాలక్రమేణా పదార్థ యాంత్రిక లక్షణాలలో క్షీణతకు దారితీస్తుంది, రాపిడి నిరోధకతను తగ్గిస్తుంది. Ca²⁺, Mg²⁺ రబ్బరులోని వల్కనైజింగ్ ఏజెంట్లతో చర్య జరపవచ్చు, వల్కనైజేషన్‌లో జోక్యం చేసుకోవచ్చు మరియు క్రాస్‌లింక్ సాంద్రతను తగ్గిస్తుంది.

(2) కరిగే లవణాలు: అశుద్ధ లవణాల (ఉదా. Na₂SO₄) అధిక కంటెంట్ సిలికా యొక్క హైగ్రోస్కోపిసిటీని పెంచుతుంది, ఇది రబ్బరు ప్రాసెసింగ్ సమయంలో బుడగ ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది. ఈ బుడగలు అంతర్గత లోపాలను సృష్టిస్తాయి; ధరించేటప్పుడు, ఈ లోపాల ప్రదేశాలలో వైఫల్యం ప్రారంభమవుతుంది, రాపిడి నిరోధకతను తగ్గిస్తుంది.

ముగింపు: రబ్బరు పనితీరుపై ప్రతికూల ప్రభావాలను తగ్గించడానికి మలినాలను ఖచ్చితంగా నియంత్రించాలి (ఉదా., Fe³⁺ < 1000 ppm).

సంగ్రహంగా చెప్పాలంటే, దీని ప్రభావంఅవక్షేపిత సిలికారబ్బరు రాపిడి నిరోధకతపై బహుళ లక్షణాల సినర్జిస్టిక్ ప్రభావం నుండి ఫలితాలు: నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యం మరియు కణ పరిమాణం ప్రాథమిక ఉపబల సామర్థ్యాన్ని నిర్ణయిస్తాయి; నిర్మాణం రబ్బరు నెట్‌వర్క్ యొక్క స్థిరత్వాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది; ఉపరితల హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు మరియు pH ఇంటర్‌ఫేషియల్ బంధం మరియు వల్కనైజేషన్ ఏకరూపతను నియంత్రిస్తాయి; మలినాలు నిర్మాణాన్ని దెబ్బతీయడం ద్వారా పనితీరును క్షీణింపజేస్తాయి. ఆచరణాత్మక అనువర్తనాల్లో, లక్షణాల కలయిక రబ్బరు రకం ప్రకారం ఆప్టిమైజ్ చేయబడాలి (ఉదా., టైర్ ట్రెడ్ సమ్మేళనం, సీలెంట్). ఉదాహరణకు, ట్రెడ్ సమ్మేళనాలు సాధారణంగా అధిక నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యం, మధ్యస్థ నిర్మాణం, తక్కువ మలినాలతో సిలికాను ఎంచుకుంటాయి మరియు రాపిడి నిరోధకతను పెంచడానికి సిలేన్ కప్లింగ్ ఏజెంట్ చికిత్సతో కలిపి ఉంటాయి.