Dyspersja składników mieszanki w kauczuku jest istotnym zagadnieniem w technologii elastomerów. W wielu przypadkach niska energia powierzchniowa napełniacza potęguje efekt aglomeracji, przekładający się na właściwości mechaniczne wulkanizatu. Wstępne badania dowiodły, że można skutecznie poprawić dyspersję cząstek napełniacza w kauczuku oraz zwiększyć oddziaływania na granicy faz poprzez modyfikację powierzchni napełniacza. W pracy zaproponowano zastąpienie „mokrych" metod modyfikacji metodą plazmochemiczną. Zastosowana w badaniach plazma niskotemperaturowa pozwala efektywnie modyfikować materiał z dobrą wydajnością oraz bez generowania odpadów, co musi zostać docenione w kontekście zastosowań przemysłowych i dbałości o stan środowiska naturalnego.
EN
Dispersion of components in rubber is an important issue in elastomer technology. In many cases low surface energy of fillers increases the agglomeration effect, which is reflected by mechanical properties of vulcanizates. Preliminary studies have proved, that modification of filler surface can successfully improve the degree of their dispersion in rubber matrix. This work proposed to replace "wet" chemical treatment by plasmochemical method. Low-temperature plasma applied allows for effective and efficient modification of the materials. Pollution-free nature of this kind of modification, together with environmental protection issues are important for potential industrial applications.
W pracy przedstawiono wyniki prób plazmochemicznej modyfikacji powierzchni nanonapełniaczy węglowych: wielościennych nanorurek węglowych MWCNT i grafenu w celu poprawy efektywności ich działania jako aktywnych napełniaczy kauczuku butadienowo-styrenowego (SBR). Zbadano wpływ czasu obróbki MWCNT i grafenu w plazmie tlenowej (100 W/ 20 cm3/s) na energię powierzchniową oraz morfologię powierzchni napełniaczy (SEM). Oczekiwany efekt zwiększenia wytrzymałości wulkanizatów SBR uzyskano jedynie w odniesieniu do kompozytów zawierających modyfikowane MWNCT, co zostało wytłumaczone znacznym wzrostem ich energii powierzchniowej i pękaniem nanorurek, ułatwiającym dyspergowanie w matrycy kauczuku.
EN
The paper presents results of plasmochemical modification of carbon fillers surface: multiwall carbon nanotubes (MWCNT) and graphene, in order to improve their effectiveness as active fillers for styrene-butadiene rubber (SBR) mixes. The influence of the time of treatment in oxygen plasma (100 W/20 sccm) on surface energy, and morphology of filler surface (SEM) were analysed. Expected effect on tensile strength of SBR vulcanizates was obtained only in the case of composites containing modified MWCNT. It has been explained by significant increase of surface energy of filler particles associated with breaking of nanotubes, making their dispersion in elastomer matrix easier.
W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących aktywowanego plazmą tlenową szczepienia funkcyjnych silanów: winylowego (Silan V) lub merkaptanowego (Silan M), na powierzchni funkcjonalizowanych wielościennych nanorurek węglowych (multi-walled carbon nanotubes, MWCNT): karboksylowanych (CNT-COOH) i hydroksylowanych (CNT-OH). Zbadano wpływ modyfikacji na swobodną energię powierzchniową MWCNT oraz jej składowe, jak również wpływ mocy plazmy na efektywność szczepienia silanów na aktywowanej powierzchni nanorurek. Stwierdzono, że silany wprowadzone na powierzchnię MWCNT mają wpływ na strukturę węzłów sieci przestrzennej siarkowych wulkanizatów kauczuku butadienowo-styrenowego (SBR). Uzyskany efekt wzmocnienia wulkanizatów napełnionych zmodyfikowanymi plazmowo-chemicznie MWCNT polega na szczepieniu chemicznym silanów na ich powierzchni - zwiększających oddziaływania na granicy faz kauczuk-napełniacz, oraz pękaniu nanorurek - poprawiających ich dyspersję w kauczuku.
EN
The work presents results of studies devoted to plasma-activated grafting of silanes: vinyl- (Silane V) or mercapto- (Silane M) ones, onto the surface of functionalized multi-walled carbon nanotubes (MWCNT): carboxylated (CNT-COOH) and hydrogenated (CNT-OH) ones. Influence of the modification on the free surface energy of MWCNT and its components, as well as the influence of plasma energy on the efficiency of silane grafting onto activated surface of nanotubes have been studied. The effect of silanes grafted onto the surface of MWCNT on crosslink structure of sulphur vulcanizates of styrene-butadiene rubber (SBR) has been confirmed. Obtained strengthening of the vulcanizates filled with plasma-chemically modified MWCNT has been explained by chemical grafting of silanes onto their surface - being responsible for an increase of interphase rubber-filler interactions and a scission of nanotubes - making their dispersion in rubber matrix improved.
Mieszanki kauczukowe z kauczuku butadienowo-styrenowego (SBR), stosowane w technicznych wyrobach gumowych, zostały poddane modyfikacji polegającej na częściowym zastąpieniu sadzy dewulkanizowanym miałem gumowym z jednoczesną zmianą składu mieszanek, niezbędną w celu zachowania ich właściwości przetwórczych. Mikronizowany miał gumowy wprowadzano do mieszanek kauczukowych po uprzedniej obróbce chemicznej, przez fluorowanie z fazy gazowej bądź aktywację plazmochemiczną w tzw. zimnej plazmie. Zastosowanie miału gumowego o powierzchni zmodyfikowanej plazmochemicznie jako alternatywy dla miału niemodyfikowanego powoduje wzrost wytrzymałości wulkanizatów. Wzrasta ich współczynnik tarcia, odporność na zużycie ściernei wielokrotne zginanie. Efekt modyfikacji zależy od rodzaju środowiska gazowego oraz mocy i czasu trwania wyładowania, przy czym konieczna jest optymalizacja dla różnych mieszanek kauczukowych. Mikronizowany miał gumowy o powierzchni modyfikowanej plazmowo można z powodzeniem wprowadzić do mieszanki w większych ilościach, nawet do 50 cz. mas./100 cz. mas. kauczuku, bez negatywnego wpływu na parametry przetwórstwa i procesu wulkanizacji oraz znaczącego pogorszenia właściwości mechanicznych wulkanizatów.
EN
Rubber mixes made of styrene-butadiene rubber (SBR), applied for production of technical rubber goods, were modified by a partial replacement of carbon black with a commercial devulcanized rubber powder of micronized particles. The replacement was accompanied by a simultaneous changes to the composition of rubber mixes, indispensable for maintaining their processing parameters. Devulcanized rubber powder of micronized particles was introduced to rubber mixes after chemical treatment realized either by gas fluorination or plasmochemical activation using the so-called “cold” plasma. Application of plasma-activated rubber powder instead of a virgin one makes mechanical strength of the vulcanizates increased. The coefficient of friction, abrasion resistance and the resistance to multiple bending of the materials also increases. The effect of modification depends on the kind of reactive gas being applied, power and time of plasma discharge and has to be optimized for various rubber systems. Plasma activation of the surface of a micronized rubber powder makes possible its incorporation to rubber mix in much higher extent, even up to 50 phr, without any significant deterioration of their processing and vulcanization as well as negative effect on mechanical properties of the rubber vulcanizates.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.