Kích thước hạt kép Carbon Black Filling cao su tự nhiên: Làm thế nào tần số chi phối sự tiêu tán năng lượng của hiệu ứng Penn

Bối cảnh nghiên cứu và cốt lõi phát hiện ra rằng

carbon đen là một trong những chất bổ sung thường được sử dụng trong lốp xe và các sản phẩm cao su, sự phân bố kích thước hạt và cấu trúc mạng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ học động của keo lưu hóa. Một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Journal of Applied Polymer Science, sử dụng phương pháp động lực học phân tử thô, đã kiểm tra một cách có hệ thống sự phụ thuộc vào độ nhớt trong tần số của vật liệu nano composite cao su tự nhiên với kích thước hạt kép carbon đen. Nghiên cứu phát hiện ra rằng khi tần số cắt tăng lên, các cặp hạt cacbon đen chiếm ưu thế trong hệ thống sẽ chuyển đổi từ các cặp hạt cùng kích thước sang các cặp hạt khác kích thước, trong khi mô đun lưu trữ năng lượng G’tăng ở giá trị biến thiên ứng suất cố định. Hành vi phụ thuộc tần số này tạo thành cơ sở cho cơ chế tiêu hao năng lượng đằng sau hiệu ứng Payne. Ảnh hưởng của tần số và biên độ biến dạng đối với hiệu ứng Payne Nghiên cứu lưu ý rằng hiệu ứng Payne đáng chú ý hơn khi tần số và biên độ biến dạng tăng. Trong điều kiện tần số cao, mạng lưới các hạt nano bị phá hủy rộng rãi, dẫn đến giảm mô đun tổn thất; Mà trong điều kiện tần số thấp, mạng lưới có thể hình thành lại, tác dụng ma sát chuỗi tăng cường, dưới ứng biến lớn, lượng hao tổn ngược lại tăng lên. Những thay đổi trong năng lượng tương tác không liên kết chủ yếu bị chi phối bởi tương tác cacbon đen-cacbon đen, và sự đóng góp của cao su tự nhiên-cao su tự nhiên cũng như cacbon đen-cao su tự nhiên có thể được bỏ qua trên mỗi cặp quy mô chuẩn hóa. Kết quả này nhấn mạnh vị trí trung tâm của mạng lưới đóng gói bổ sung trong phản ứng động. Vai trò quan trọng của các cặp hạt có kích thước khác nhau

Nghiên cứu đã xác định một sự thay đổi theo tần số: các cặp hạt carbon đen cùng kích thước chiếm ưu thế ở tần số thấp và các cặp hạt có kích thước khác nhau chiếm ưu thế ở tần số cao. Tần số 2,5 × 10 ⁻⁵ fs ⁻⁵ được đánh dấu là điểm đặc trưng, tại thời điểm này hạn chế của mạng hạt nano đối với độ di chuyển của phân đoạn chuỗi là tối đa. Theo đó, các tác giả lập luận rằng hiệu ứng Payne chủ yếu được điều khiển bởi động lực học của mạng lưới các hạt nano, với các hạt carbon đen có kích thước khác nhau đóng một vai trò quan trọng trong sự tiêu tán năng lượng phụ thuộc vào tần số điều chỉnh. Đối với lốp xe và thiết kế công thức cao su, điều này có nghĩa là sự kết hợp kích thước hạt của chất bổ sung không chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả bổ sung tĩnh, mà còn thay đổi hành vi sinh nhiệt và giảm xóc chậm trong điều kiện làm việc năng động. Mặc dù nghiên cứu này không trực tiếp liên quan đến các chất chống lão hóa, chất chống oxy hóa hoặc hệ thống lưu hóa, nhưng kết luận của nó về động lực mạng của chất độn bổ sung có giá trị tham khảo đối với các ứng dụng phụ trợ cao su. Trong các tình huống tải năng động như keo lốp, thiết kế phân bố kích thước hạt của chất độn bổ sung như than trắng đen và than đen cần được xem xét phối hợp với mật độ liên kết chéo của hệ thống lưu hóa, chống lão hóa và chống oxy hóa. Tần suất của mạng lưới chất độn phụ thuộc vào hành vi tái cấu trúc có thể ảnh hưởng đến sự tiêu hao năng lượng của vật liệu dưới các biến dạng lặp đi lặp lại, do đó liên quan đến lực cản lăn và nhiệt. Công việc này cung cấp cơ sở mô phỏng để hiểu hành vi của chất độn bổ sung từ cấp độ hạt vi mô, nhưng các kết luận liên quan dựa trên mô hình động lực học của phân tử hạt thô, ngoại suy đến công thức keo trộn và keo lưu hóa thực tế vẫn cần được kiểm chứng thực nghiệm.

Nguồn:Frequency‐Dependent Viscoelasticity in Bidisperse Carbon Black‐Filled Natural Rubber Nanocomposites: The Critical Role of Heterosized Filler Pairs， Do Hợp Nhuận hóa chất chỉnh lý.