Ausfällt Siliziumdioxidass e wichtege Verstäerkungsfüllstoff an der Gummiindustrie. Seng verschidde Eegeschafte beaflossen indirekt oder direkt d'Abrasiounsbeständegkeet vu Gummi andeems se d'Grenzflächeninteraktioun mat der Gummi-Matrix, d'Dispersioun an d'mechanesch Eegeschafte vum Gummi beaflossen. Hei ënnendrënner analyséiere mir, ugefaange mat de Schlësseleigenschaften, am Detail hir Mechanismen, déi d'Abrasiounsbeständegkeet vu Gummi beaflossen:
1. Spezifesch Uewerfläch (BET)
D'spezifesch Uewerfläch ass eng vun de wichtegsten Eegeschafte vu Siliziumdioxid, déi direkt seng Kontaktfläch mat Gummi a Verstäerkungskapazitéit reflektéiert, wat d'Abrasiounsbeständegkeet wesentlech beaflosst.
(1) Positiven Afloss: Bannent engem bestëmmte Beräich erhéicht d'Erhéijung vun der spezifescher Uewerfläch (z.B. vun 100 m²/g op 200 m²/g) d'Grenzflächekontaktfläch tëscht Siliziumdioxid an der Gummi-Matrix. Dëst kann d'Grenzflächebindungsstäerkt duerch den "Verankerungseffekt" verbesseren, wouduerch d'Resistenz vum Gummi géint Verformung an den Verstäerkungseffekt verbessert ginn. Zu dësem Zäitpunkt huelen d'Häert, d'Zuchfestigkeit an d'Tréierfestigkeit vum Gummi zou. Wärend dem Verschleis ass e manner ufälleg fir Materialofléisstung wéinst exzessiver lokaler Belaaschtung, wat zu enger bedeitender Verbesserung vun der Abrasiounsbeständegkeet féiert.
(2) Negativen Afloss: Wann déi spezifesch Uewerfläch ze grouss ass (z.B. iwwer 250 m²/g), stäerken sech d'Van der Waals-Kräften an d'Waasserstoffbindungen tëscht de Kieselerdeelercher, wat liicht zu enger Agglomeratioun féiert (besonnesch ouni Uewerflächenbehandlung), wat zu engem staarken Réckgang vun der Dispergabilitéit féiert. Agglomerater bilden "Spannungskonzentratiounspunkten" am Gummi. Beim Verschleiss trëtt de Broch virun allem ronderëm d'Agglomerater op, wat ëmgekéiert d'Abrasiounsbeständegkeet reduzéiert.
Conclusioun: Et gëtt e optimale spezifesche Beräich vun der Uewerfläch (typesch 150-220 m²/g, variéierend jee no Gummityp), wou d'Dispergabilitéit an de Verstäerkungseffekt ausbalancéiert sinn, wat zu enger optimaler Abrasiounsbeständegkeet féiert.
2. Partikelgréisst a Gréisstverdeelung
Déi primär Partikelgréisst (oder Aggregatgréisst) an d'Verdeelung vu Siliziumdioxid beaflossen indirekt d'Abrasiounsbeständegkeet andeems se d'Dispersiounsuniformitéit an d'Grenzflächeninteraktioun beaflossen.
(1) Partikelgréisst: Méi kleng Partikelgréissten (normalerweis positiv korreléiert mat der spezifescher Uewerfläch) entspriechen méi groussen spezifesche Flächen a méi staarken Verstäerkungseffekter (wéi uewen). Wéi och ëmmer, exzessiv kleng Partikelgréissten (z.B. primär Partikelgréisst < 10 nm) erhéijen d'Agglomeratiounsenergie tëscht de Partikelen däitlech, wouduerch d'Dispersiounsschwieregkeeten drastesch eropgoen. Dëst féiert amplaz zu lokalen Defekter, wat d'Abrasiounsbeständegkeet reduzéiert.
(2) Partikelgréisstverdeelung: Siliziumdioxid mat enger schmueler Partikelgréisstverdeelung verdeelt sech méi gläichméisseg am Gummi, wouduerch "Schwaachpunkten" vermeit ginn, déi duerch grouss Partikelen (oder Agglomerater) geformt ginn. Wann d'Verdeelung ze breet ass (z.B. Partikelen vun 10 nm a méi wéi 100 nm enthalen), ginn grouss Partikelen zu Verschleissinitiatiounspunkten (déi am léifsten beim Ofdreiwung ofgenotzt ginn), wat zu enger reduzéierter Ofdreiwungsbeständegkeet féiert.
Conclusioun: Siliziumdioxid mat enger klenger Partikelgréisst (déi der optimaler spezifescher Uewerfläch entsprécht) an enger schmueler Verdeelung ass méi virdeelhaft fir d'Abrasiounsbeständegkeet ze verbesseren.
3. Struktur (DBP-Absorptiounswäert)
D'Struktur reflektéiert déi verzweigt Komplexitéit vu Siliziumdioxid-Aggregaten (charakteriséiert duerch den DBP-Absorptiounswäert; e méi héije Wäert weist eng méi héich Struktur un). Si beaflosst d'Netzwierkstruktur vum Gummi an d'Resistenz géint Deformatioun.
(1) Positiven Afloss: Siliziumdioxid mat héijer Struktur bilt dräidimensional verzweigt Aggregater, wouduerch e méi dicht "Skelettnetz" am Gummi entsteet. Dëst verbessert d'Elastizitéit vum Gummi an d'Resistenz géint Kompressioun. Wärend der Ofdreiwung kann dëst Netzwierk extern Schlagkräfte pufferen, wouduerch d'Middegkeetsverschleiung, déi duerch widderholl Deformatioun verursaacht gëtt, reduzéiert gëtt an doduerch d'Ofdreiwungsbeständegkeet verbessert gëtt.
(2) Negativen Afloss: Eng exzessiv héich Struktur (DBP-Absorptioun > 300 mL/100g) verursaacht liicht Verschränkung tëscht Siliziumdioxid-Aggregaten. Dëst féiert zu enger staarker Erhéijung vun der Mooney-Viskositéit beim Gummi-Mëschen, enger schlechter Veraarbechtungsflëssegkeet an enger ongläicher Dispersioun. Beräicher mat lokal iwwerdichte Strukturen erliewen e beschleunegten Ofnotzung wéinst Spannungskonzentratioun, wat dogéint d'Abrasiounsbeständegkeet reduzéiert.
Conclusioun: Déi mëttel Struktur (DBP-Absorptioun 200-250 mL/100g) ass besser geegent fir d'Veraarbechtbarkeet an d'Abrasiounsbeständegkeet auszebalancéieren.
4. Uewerflächenhydroxylgehalt (Si-OH)
D'Silanolgruppen (Si-OH) op der Siliziumdioxid-Uewerfläch spillen entscheedend fir seng Kompatibilitéit mat Gummi ze beaflossen, an beaflossen indirekt d'Abrasiounsbeständegkeet duerch d'Grenzflächenbindungsstäerkt.
(1) Onbehandelt: En exzessiv héije Hydroxylgehalt (> 5 Gruppen/nm²) féiert liicht zu enger haarder Agglomeratioun tëscht de Partikelen iwwer Waasserstoffbindungen, wat zu enger schlechter Dispersioun féiert. Gläichzäiteg hunn d'Hydroxylgruppen eng schlecht Kompatibilitéit mat Gummi-Molekülen (meeschtens net-polar), wat zu enger schwaacher Grenzflächenbindung féiert. Wärend dem Verschleiss ass Siliziumdioxid ufälleg fir sech vum Gummi ze léisen, wat d'Abrasiounsbeständegkeet reduzéiert.
(2) Behandelt mat Silan-Kopplungsmëttel: Kopplungsmëttel (z.B. Si69) reagéiere mat Hydroxylgruppen, wouduerch d'Agglomeratioun tëscht de Partikelen reduzéiert gëtt an d'Gruppen, déi mat Gummi kompatibel sinn (z.B. Merkaptogruppen), an doduerch d'Grenzflächenbindungsstäerkt verbessert gëtt. Op dësem Punkt bilt sech eng "chemesch Verankerung" tëscht Siliziumdioxid a Gummi. D'Spannungsiwwerdroung gëtt gläichméisseg, an d'Ofschielen vun der Grenzfläch ass manner wahrscheinlech beim Verschleiss, wouduerch d'Abrasiounsbeständegkeet däitlech verbessert gëtt.
Conclusioun: Den Hydroxylgehalt muss mëttelméisseg sinn (3-5 Gruppen/nm²) a muss mat enger Behandlung mat Silan-Kopplungsmëttel kombinéiert ginn, fir d'Grenzflächenbindung ze maximéieren an d'Abrasiounsbeständegkeet ze verbesseren.
5.pH-Wäert
De pH-Wäert vu Siliziumdioxid (typesch 6,0-8,0) beaflosst haaptsächlech indirekt d'Abrasiounsbeständegkeet andeems en de Vulkaniséierungssystem vum Gummi beaflosst.
(1) Exzessiv sauer (pH < 6,0): Hemmt d'Aktivitéit vu Vulkaniséierungsbeschleuniger, verzögert d'Vulkaniséierungsgeschwindegkeet a kann souguer zu enger onvollstänneger Vulkaniséierung an enger net genuch Vernetzungsdicht am Gummi féieren. Gummi mat enger gerénger Vernetzungsdicht huet reduzéiert mechanesch Eegeschaften (z.B. Zuchfestigkeit, Häert). Wärend dem Verschleiss ass en ufälleg fir plastesch Deformatiounen a Materialverloscht, wat zu enger schlechter Abriebsbeständegkeet féiert.
(2) Exzessiv alkalesch (pH > 8,0): Kann d'Vulkaniséierung beschleunegen (besonnesch bei Thiazolbeschleuniger), wat zu enger exzessiv schneller initialer Vulkaniséierung an ongläicher Vernetzung (lokal Iwwervernetzung oder Ënnervernetzung) féiert. Iwwervernetzt Beräicher ginn brécheg, ënnervernetzt Beräicher hunn eng niddreg Festigkeit; béid reduzéieren d'Abrasiounsbeständegkeet.
Conclusioun: Neutral bis liicht sauer (pH 5,0-7,0) ass méi gënschteg fir eng eenheetlech Vulkaniséierung, wat d'mechanesch Eegeschafte vum Gummi garantéiert an d'Abrasiounsbeständegkeet verbessert.
6. Onreinheetsgehalt
Ongereinheeten a Siliziumdioxid (wéi Metallionen wéi Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ oder onreagéiert Salzer) kënnen d'Abrasiounsbeständegkeet reduzéieren, andeems se d'Gummistruktur beschiedegen oder d'Vulkaniséierung stéieren.
(1) Metallionen: Iwwergangsmetallionen wéi Fe³⁺ katalyséieren d'oxidativ Alterung vum Gummi a beschleunegen d'Ofspaltung vun der Molekülkette vum Gummi. Dëst féiert zu engem Zerfall vun de mechanesche Eegeschafte vum Material mat der Zäit, wat d'Abrasiounsbeständegkeet reduzéiert. Ca²⁺, Mg²⁺ kënne mat Vulkaniséierungsmëttelen am Gummi reagéieren, wouduerch d'Vulkaniséierung gestéiert gëtt an d'Vernetzungsdicht erofgesat gëtt.
(2) Léislech Salzer: En exzessiv héije Gehalt un Onreinheetssalzer (z.B. Na₂SO₄) erhéicht d'Hygroskopizitéit vu Siliziumdioxid, wat zu Blasenbildung während der Gummiveraarbechtung féiert. Dës Blasen verursaachen intern Defekter; beim Verschleiss tendéiert et zu engem Versoen op dëse Defektplazen, wat d'Abrasiounsbeständegkeet reduzéiert.
Conclusioun: Den Unreinheetsgehalt muss strikt kontrolléiert ginn (z.B. Fe³⁺ < 1000 ppm), fir negativ Auswierkungen op d'Leeschtung vum Gummi ze minimiséieren.
Zesummegefaasst, den Afloss vunausgefällte SiliziumdioxidD'Abrasiounsbeständegkeet vu Gummi resultéiert aus dem synergisteschen Effekt vu verschiddenen Eegeschaften: Spezifesch Uewerfläch a Partikelgréisst bestëmmen déi fundamental Verstäerkungsfäegkeet; d'Struktur beaflosst d'Stabilitéit vum Gummi-Netzwierk; d'Hydroxylgruppen op der Uewerfläch an de pH-Wäert reguléieren d'Grenzflächenbindung an d'Uniformitéit vun der Vulkaniséierung; während Ongereinheeten d'Leeschtung verschlechteren, andeems se d'Struktur beschiedegen. A prakteschen Uwendungen muss d'Kombinatioun vun Eegeschafte jee no dem Gummi-Typ optimiséiert ginn (z. B. Pneuprofilmëschung, Dichtstoff). Zum Beispill wielen Profilmëschunge typescherweis Siliziumdioxid mat héijer spezifescher Uewerfläch, mëttlerer Struktur, niddreger Ongereinheeten a kombinéiert mat enger Behandlung mat Silan-Kopplungsmëttel fir d'Abrasiounsbeständegkeet ze maximéieren.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 22. Juli 2025