Двойной углерод, заполненный натуральным каучуком: как частота доминирует в рассеянии энергии эффекта Пейна

Предыстория исследования и ядро обнаружили, что

сажа является одним из наиболее часто используемых добавочных наполнителей в шинах и резиновых изделиях, распределение диаметра частиц и структура сети напрямую влияют на динамические механические свойства сульфида клея. В недавнем исследовании, опубликованном в Journal of Applied Polymer Science, систематически изучалась зависимость частоты от вязкости при заполнении нанокомпозитов из натурального каучука двуграннистой сажей методом грубой молекулярной динамики. Исследование показало, что по мере увеличения частоты сдвига доминирующие пары частиц сажи в системе переходят от одноразмерных пар частиц к гетероразмерным парам частиц, в то время как модуль хранения энергии G ‘увеличивается при фиксированной амплитуде деформации. Это поведение, зависящее от частоты, составляет основу механизма рассеяния энергии, лежащего в основе эффекта Пейна.

Влияние частоты и амплитуды деформации на эффект Пейна.

Исследование показывает, что эффект Пейна более заметен с увеличением частоты и амплитуды деформации. В высокочастотных условиях происходит широкое разрушение сети наночастиц, что приводит к снижению модуля потерь; В условиях низкой частоты сеть может быть восстановлена, эффект трения в сегменте цепи усиливается, а модуль потерь при большой деформации наоборот увеличивается. Изменения энергии несвязанных взаимодействий в основном обусловлены взаимодействием сажи и сажи, а вклад натурального каучука – натурального каучука и сажи – натурального каучука можно игнорировать в каждой нормированной паре. Этот результат подчеркивает центральную роль самой сети вспомогательных наполнителей в динамическом реагировании.

Ключевая роль в разноразмерных парах частиц

Исследование выявило сдвиг, вызванный частотой: преобладают низкочастотные пары углеродных частиц того же размера, а высокочастотные пары гетероразмерных частиц. Частота 2.5×10 ⁻fs ⁻1 отмечена как характерная точка, когда сеть наночастиц максимизирует скорость миграции сегмента цепи. Исходя из этого, авторы считают, что эффект Пейна в основном контролируется динамикой сети наночастиц и что частицы сажи разных размеров играют ключевую роль в регулировании рассеяния энергии, зависящего от частоты. Для конструкции шины и резиновой формулы это означает, что сочетание диаметра частиц добавочного наполнителя не только влияет на статический эффект усиления, но и изменяет поведение запаздывающего тепла и демпфирования в динамических условиях.

Откровения для промышленности полимерных добавок

Хотя это исследование напрямую не связано с антивозрастными, антиоксидантами или системами сульфирования, его выводы о динамике сети добавочных наполнителей имеют справочную ценность для применения резиновых добавок. В сценариях динамической нагрузки, таких как клей протектора шины, конструкция распределения диаметра частиц усиленных наполнителей, таких как белый уголь и сажа, требует совместного рассмотрения с плотностью соединения с системой вулканизации, стойкостью к старению, обеспечиваемой антивозрастными и антиоксидантами. Частотная зависимость сети наполнителей от реконструированного поведения влияет на рассеяние энергии материала при повторной деформации, что, в свою очередь, связано с сопротивлением качению и теплогенезом. Эта работа обеспечивает симуляционную основу для понимания поведения добавочного наполнителя на уровне микрочастиц, но соответствующие выводы основаны на модели молекулярной динамики крупнозернистости, и экстраполяция на фактическую смесь клея и сульфида все еще нуждается в экспериментальной проверке.

Источник: Frequency‐Dependent Viscoelasticity in Bidisperse Carbon Black‐Filled Natural Rubber Nanocomposites: The Critical Role of Heterosized Filler Pairs， Обработано химикатами Herun.