5.1.7. Наполнители
Наполнители – это вещества, которые применяются в составе сырой резиновой смеси для ее удешевления, для улучшения физико-механических свойств резины и придания специальных свойств резинам.
При введении активного наполнителя в резине, наряду с химическими поперечными связями, создаваемыми с помощью вулканизирующих и ускорительных агентов, возникают адсорбционные связи между наполнителями и каучуком. Наличие в смеси твёрдых наполнителей снижает возможность распространения микротрещин, рост которых прекращается при встрече с частицей наполнителя. При контакте макромолекулярных цепей полимера с твердыми частицами наполнителей происходит их растяжение, сопровождаемое ориентацией, что позволяет повышать жесткость резины.
Активность наполнителя зависит от размера и формы частицы наполнителя. Для большей активности частицы должны быть очень маленьких размеров с большой площадью поверхности, тогда вокруг такой частицы образуется слой плёночного каучука, где молекулы каучука ориентированы по поверхности частицы. Это чисто физическое явление (без химических реакций).
Одним из важнейших наполнителей чёрных резиновых смесей является углеродная сажа. В резиновой промышленности применяют несколько видов этой сажи, отличающихся друг от друга исходным сырьем и способом получения.
Сажа – это продукт неполного сгорания углеродов (газообразных, жидких или твёрдых) при малом количестве кислорода. После сгорания углеводородов сажу осаждают и упаковывают в бумажные мешки. По своему химическому составу сажи являются чистым углеродом с небольшим количеством кислорода и водорода (0,5 – 1%).
Газовая сажа получается при некотором сгорании природного газа (метана), в результате чего образуются самые мелкие частицы, следовательно, газовая сажа обладает максимальным усиливающим действием. В результате получаются жесткие резины с высоким сопротивлением истиранию. Ламповая сажа получается путем неполного сгорания жидких углеводородов при относительно большом количестве воздуха. Канальная сажа получается при сжигании углеводородов при сильном недостатке кислорода.
Для производства цветных резин сажа не применяется, а используется каолин (белая глина) Белая сажа представляет собой аморфную порошкообразную двуокись кремния SiO2 с величиной частиц, близкой к величине частиц газовой сажи (20 – 32ммк). Белая сажа является продуктом разложения поликремневой кислоты:
.
Белая сажа по действию на резину очень схожа с канальной сажей. Применяя ее можно получать прозрачную или полупрозрачную резину., поликремневая кислота существует только на холоде, при нормальных условиях она разлагается. Учитывая это, ее обычно закладывают в сырую резиновую смесь, где температура около 1400С, в результате чего происходит испарение H2O из сырой резиновой смеси, что делает резину мелкопористой. Преимущество в том, что пористость достигается без порообразователя. белая сажа, добавленная вместе с мелом, увеличивает текучесть резины, что является необходимым свойством резин для литья.