Резиновые соединения, заполненные регенерированным клеем: комбинированная технология Rheo - NMR выявляет изменения в диффузии серы и плотности сцепления

Предыстория и цель исследования

Регенеративный клей (Ground Rubber, GR) как устойчивый наполнитель в резиновых соединениях, влияние его наполнения на инженерные свойства материалов всегда было в центре внимания в области рекуперации каучука. В исследовании, опубликованном в Journal of Applied Polymer Science, используется уникальное комбинированное устройство Rheo – NMR для систематического изучения влияния наполнения GR на свойства каучуковых соединений. Исследование не только сосредоточено на регулировании инженерных характеристик GR как устойчивого компонента, но и на углубленном анализе лежащих в его основе механизмов диффузии серы и изменения плотности сцепления.

Экспериментальное проектирование и метод

Исследования, резиновые матрицы и самодельные GR были подготовлены с использованием бутадиенового каучука (SBR) и натурального каучука (NR) соответственно. Комбинированное устройство Rheo – NMR используется для количественной оценки двух ключевых эффектов: во – первых, поведение потока эмульсионной системы смешивания, образованной частицами GR в резиновой матрице, и, во – вторых, дальнейшее вулканизация частиц GR из – за диффузии серы. С помощью этого устройства исследователи могут получать как реологическую информацию, так и данные о плотности сцепления (CLD).

Ключевые выводы и данные

Исследование выявило важный механизм: свободная сера в резиновой матрице распространяется внутри частиц GR, процесс, который напрямую изменяет плотность соединений в матрице и частицах GR. Результаты NMR показывают, что для NR – систем плотность сцепления частиц GR увеличивается на 100%; В системе SBR плотность сцепления частиц GR снизилась примерно на 13%. Эти различия свидетельствуют о том, что основные виды каучука оказывают значительное влияние на направление распространения серы и эволюцию плотности сцепления.

Что касается реологического поведения, частицы GR образуют эмульсионную смешанную структуру в резиновой матрице, чьи свойства потока могут быть описаны с помощью соответствующей модели эмульсии. Среди них отклонение прогнозов модели Пальерна от экспериментальных данных в пределах 15% указывает на то, что модель может лучше описать поведение потока резиновых соединений, заполненных GR.

Значение для отрасли полимерных добавок

Это исследование имеет много общего с оптимизацией процесса проектирования формул и рециркуляции в отрасли резиновых добавок, особенно в области шин и каучука.

Во – первых, при проектировании системы вулканизации феномен диффузии свободной серы от матрицы к частицам GR означает, что в формулах, содержащих регенеративный клей, количество серы и катализатора должно быть сбалансировано. При проектировании в соответствии с традиционной формулой эффективное содержание серы в матрице может быть уменьшено в результате переноса в частицы GR, что приводит к недостаточной плотности скрещивания матрицы; В то же время плотность внутреннего скрещивания частиц GR чрезмерно возрастает, что может сделать их твердыми и хрупкими, влияя на динамические механические свойства конечного продукта. Данные о 100 – процентном увеличении плотности скрещивания частиц GR в NR – матрице представляют особый интерес, предполагая, что при смешивании NR / GR следует в полной мере учитывать перераспределение распределения плотности между двумя фазами при диффузии серы.

Во – вторых, при совместном применении добавочного наполнителя с регенеративным клеем, когда GR заменяет часть сажи или белого угля в качестве устойчивого наполнителя, его интерфейс с матрицей и поведение диффузии серы напрямую влияют на процесс смешивания и вулканизации . Модель Palierne, которая предсказывает поведение потока с отклонением в пределах 15%, предоставляет инженерам – составителям измеримый инструмент для оценки производительности обработки при различных объемах наполнения GR, что снижает затраты на испытания и ошибки.

В – третьих, с точки зрения старения каучука и стойкости к погоде , изменения плотности пересечения напрямую влияют на стойкость каучуковых соединений к термическому кислородному старению и динамическому усталостному сроку службы. Значительное изменение плотности сцепления частиц GR может стать одним из источников колебаний свойств старения, поэтому при выборе и оптимизации использования антивозрастных веществ и антиоксидантов необходимо учитывать неравномерность плотности сцепления, вызванную введением GR.

Наконец, исследование имеет непосредственное значение для области восстановления и утилизации шин . GR как устойчивый компонент, его оптимизация наполнения и регулирование диффузии серы являются ключом к достижению высокого качества рекуперации клея. В исследовании впервые сообщается об обратной тенденции изменения плотности скрещивания частиц GR в NR и SBR, ранее не описанной в литературе, что дает новую научную основу для точного проектирования процесса рекуперации каучука.

Выводы и перспективы

В целом, исследование, используя технологию Rheo – NMR, количественно выявило эволюцию плотности сцепления, обусловленную диффузией серы в соединениях каучука, заполненных GR, и подтвердило применимость модели Palierne для описания ее поведения потока. Для промышленности полимерных добавок это означает, что в шинах и резиновых формулах, содержащих регенеративный клей, конструкция сульфидных систем, укрепляющих наполнителей и антивозрастных агентов требует перехода от « однофазного » мышления к « многофазному распределению серы» для достижения баланса производительности и устойчивости.

Источник: Effects of Ground Rubber Loading on Rubber Compounds Studied by the Hyphenated Rheo‐NMR and the Palierne Model， Обработано химикатами Herun.