ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Реологические свойства смесей эластомеров с активными наполнителями. К. МакКейб из "Усиление эластомеров" Адгезию частиц усиливающего наполнителя к каучуку в резиновых смесях можно исследовать прямо или косвенно методами электронной микроскопии. При косвенном методе обычно исследуется поверхность разрушения (разрыва, раздира или излома) образца, для чего используется метод реплик. Прочность связи между наполнителем и эластомером можно оценить по количеству частиц наполнителя, которое отрывается от исследуемой поверхности. При разрушении частицы, слабо связанные с каучуком, отрываются сравнительно легко. На негативной реплике такие частицы выглядят как выступы, на позитивной — как углубления. При малой адгезии на поверхности образца будет также много агломератов наполнителя, которые могут извлекаться репликой в процессе ее отделения. Наоборот, образцы резиновых смесей, в которых частицы наполнителя прочно связаны с каучуком, образуют относительно гладкую поверхность разрушения, содержащую минимальное количество извлекаемого наполнителя. [c.182] Несмотря на эффективность метода реплик при исследовании прочности связи между каучуком и наполнителем, он имеет свои недостатки. В частности, метод реплик связан с некоторой потерей разрешающей способности. Кроме этого, ренлика не является образцом и ее нельзя использовать для дальнейшего экспериментирования в колонне электронного микроскопа. Прямое исследование тонкого среза резины обеспечивает более высокое разрешение сажевых частиц, а также позволяет исследовать все стадии разрыва путем растяжения образца непосредственно в колонне микроскопа. [c.183] Наоборот, при большей адгезии сажа — каучук трешина при раздире стремится обойти сажевые arлOiMepaты или пройти через них это показано на рис. 6.19, на котором приведены электронные микрофотографии среза протекторной резины на основе бутилкаучука, содержЕщей сажу ALS-HAF до и после раздира. Стрелки указывают области среза, где трешина прошла прямо через сажевые агломераты. Отсутствие больших выдернутых сажевых агломератов показывает, что раздир проходит через сажевые агломераты или огибает их. [c.185] Результаты, показанные на рис. 6.18 и 6.19, подтверждают данные, полученные методом реплик, т. е. вывод о том, что частицы сажи, слабо связанные с каучуком, извлекаются из среды каучука, оставляя отпечаток на поверхности разрыва, в то время как прочно связанные с каучуком частицы образуют относительно гладкую поверхность при разрыве. [c.185] Растянуть тонкие срезы резин в электронном микроскопе гораздо труднее, чём разорвать, так как под действием электронного луча срезы становятся хрупкими. Даже при минимальной освещенности объекта в микроскопе трудно растянуть образцы до разрыва более чем на 200%. Удлинения более 20 0 о удается получить только на отдельных малых участках среза. На рис. 6.20 приведен небольшой участок растянутого среза той же смеси, микрофотография которой показана на рис. 6.18. Удлинение этого участка составляет 250—300%. На рис. 6.20 видно большое число вакуолей, образовавшихся при растяжении образца, что говорит о слабой связи между част1 цами сежи и каучуком. В образцах резин, содержащих обычные товарные сорта саж, на поверхности раздела каучук — сажа в тех же условиях образуется значительно меньшее число вакуолей. Пример хорошего сцепления каучук — сажа приведен на рис. 6.21, где показан срез протекторной резины на основе qu -полибутадиена, содержащей стандартна ю сажу ISAF. Удлинение показанного участка составляет около ЗБО %. [c.185] Другой вариант методики обеспечивает более высокое разрешение. Тонкий срез резины (1000—2000 А) покрывают толстой пластичной пленкой-подложкой и растягивают до требуемого удлинения. После этого подложку растворяют и растянутый образец непосредственно исследуют в электронном микроскопе. (Акрилоид F-10 хорошо растворяется во многих органических растворителях, включая бутанол, ацетон и четыреххлористый углерод.) Однако после растворения толстой пленки-подложки образец резины быстро сокращается, распадаясь на волокнообразные нити. Чтобы предотвратить это разрушение, нужно каким-либо способом после растяжения стабилизовать образец. Лучше всего это сделать химическим способом, выдерживая растянутый срез в парах брома или полухлористой серы в течение 1—2 ч срез при этом твердеет из-за большого числа образующихся поперечных связей без заметного изменения структуры, если не считать случайного загрязнения поверхности. После такой обработки пленку акрилоида F-10 растворяют в четыреххлористом углероде, а фиксированные срезы монтируют на предметные сетки, покрытые пленкой-подложкой, и исследуют в электронном микроскопе. [c.186] На рис. 6.23 приведены электронные микрофотографии срезов, полученных по описанной методике. Срезы сделаны с образцов резины на основе масло наполненного бутадиен-стирольного каучука, содержащей 50 вес. ч. сажи FEF, и растянуты до удлинения 300% (а) и 500% (б). При меньшем л длинении видно сравнительно немного вакуолей, при удлинении 500% их число значительно увеличивается. [c.186] В заключение следует отметить, что основная ценность исследования образцов, растянутых непосредственно в электронном микроскопе, заключается, с одной стороны, в возможности прямого наблюдения всех стадий процесса разрушения на межфазной границе полимер — наполнитель (такие исследования позволяют реализовать очень высокое разрешение их эффективность еще увеличится, если растяжение образца проводить при одновременном охлаждении), с другой стороны, метод растяжения с поддерживающей пленкой позволяет исследовать большое число образцов в широком интервале удлинений, а также обеспечивает количественную оценку прочности связи каучука с частицами наполнителя. Эта методика пока применима только к каучукам с достаточно высокой ненасыщенностью, например бутадиен-стирольным, натуральным и некоторым другим, которые можно фиксировать полухлористой серой или бромом к каучукам с низкой ненасыщенностью (типа бутилкаучука) этот метод неприменим. [c.186] Световая и электронная микроскопия, а также микрорадиография за последние 25 лет стали очень ценными методами для изучения усиления эластомеров порошкообразными наполнителями. [c.187] Новое устройство для растяжения образцов позволяет наблюдать непосредственно в электронном микроскопе возникновение, развитие и завершение процесса раздира в резинах различного состава. [c.187] Природные и синтетические эластомеры — это вещества, состоящие из длинных цепных молекул. Их молекулярный вес измеряется величинами от десятков тысяч до миллионов. Свойства самих молекул и их комбинаций с обычными ингредиентами эластомеров можно охарактеризовать как упруго-вязкие. Их специфические характеристики в значительной степени определяют смешение с ингредиентами и процессы формования резиновых изделий. Для обеспечения нормального технологического процесса необходимо выдерживать эти характеристики в определенных пределах. Так, например, большинство технологических операций проводится при высоких температурах, но даже в этих условиях часто приходится снижать вязкость эластомера уменьшением молекулярного веса пластикацией. Новые синтетические эластомеры, особенно те из них, молекулярный вес которых не уменьшается механической пластикацией, следует производить с такой вязкостью, при которой они могли бы перерабатываться на существующем оборудовании. [c.188] На реологические свойства смесей на основе эластомеров оказывают большое влияние тип и количество вводимых ингредиентов. К числу последних относятся различные сорта углеродных саж, минеральные наполнители, пластификаторы, масла, пигменты и различные специальные химические добавки. Реологические свойства, в свою очередь, в значительной мере определяют процессы формования, которые должны придать изделию необходимую ( юрму и внешний вид. [c.188] Вернуться к основной статье