დალექილი სილიციუმის სხვადასხვა თვისებების გავლენა რეზინის ცვეთამედეგობაზე

დალექილი სილიციუმირეზინის ინდუსტრიაში მნიშვნელოვანი გამაგრების შემავსებელია. მისი სხვადასხვა თვისებები ირიბად ან პირდაპირ მოქმედებს რეზინის ცვეთამედეგობაზე, რეზინის მატრიცასთან ზედაპირულ ურთიერთქმედებაზე, დისპერსიასა და რეზინის მექანიკურ თვისებებზე ზემოქმედებით. ქვემოთ, ძირითადი თვისებებიდან დაწყებული, დეტალურად გავაანალიზებთ მათ გავლენის მექანიზმებს რეზინის ცვეთამედეგობაზე:

1. სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი (BET)

სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი სილიციუმის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებაა, რომელიც პირდაპირ ასახავს მის რეზინთან კონტაქტის ფართობს და გამაგრების უნარს, რაც მნიშვნელოვნად მოქმედებს აბრაზიულობისადმი მდგრადობაზე.

(1) დადებითი გავლენა: გარკვეულ დიაპაზონში, სპეციფიკური ზედაპირის ფართობის გაზრდა (მაგ., 100 მ²/გ-დან 200 მ²/გ-მდე) ზრდის სილიციუმსა და რეზინის მატრიცას შორის ზედაპირული კონტაქტის ფართობს. ამან შეიძლება გაზარდოს ზედაპირული შეერთების სიმტკიცე „დამაგრების ეფექტის“ მეშვეობით, რაც აუმჯობესებს რეზინის დეფორმაციისადმი მდგრადობას და გამაგრების ეფექტს. ამ ეტაპზე იზრდება რეზინის სიმტკიცე, დაჭიმვის სიმტკიცე და ცრემლისადმი სიმტკიცე. ცვეთის დროს, ის ნაკლებად არის მიდრეკილი მასალის აშრევებისკენ ჭარბი ადგილობრივი დატვირთვის გამო, რაც იწვევს აბრაზიული წინააღმდეგობის მნიშვნელოვან გაუმჯობესებას.

(2) ნეგატიური გავლენა: თუ სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი ძალიან დიდია (მაგ., აღემატება 250 მ²/გ-ს), ვან-დერ-ვაალის ძალები და სილიციუმის ნაწილაკებს შორის წყალბადური ბმები ძლიერდება, რაც ადვილად იწვევს აგლომერაციას (განსაკუთრებით ზედაპირული დამუშავების გარეშე), რაც იწვევს დისპერსიულობის მკვეთრ შემცირებას. აგლომერატები რეზინის შიგნით ქმნიან „დაძაბულობის კონცენტრაციის წერტილებს“. ცვეთის დროს, მოტეხილობა ძირითადად აგლომერატების გარშემო ხდება, რაც პირიქით, ამცირებს აბრაზიისადმი მდგრადობას.

დასკვნა: არსებობს ოპტიმალური სპეციფიკური ზედაპირის ფართობის დიაპაზონი (როგორც წესი, 150-220 მ²/გ, რაც რეზინის ტიპის მიხედვით იცვლება), სადაც დისპერსიულობა და გამაგრების ეფექტი დაბალანსებულია, რაც იწვევს ოპტიმალურ აბრაზიულ წინააღმდეგობას.

2. ნაწილაკების ზომა და ზომის განაწილება

სილიციუმის პირველადი ნაწილაკების ზომა (ან აგრეგატის ზომა) და განაწილება ირიბად მოქმედებს აბრაზიასადმი მდგრადობაზე დისპერსიის ერთგვაროვნებასა და ზედაპირულ ურთიერთქმედებაზე ზემოქმედებით.

(1) ნაწილაკების ზომა: ნაწილაკების უფრო მცირე ზომები (როგორც წესი, დადებითად კორელირებულია სპეციფიკური ზედაპირის ფართობთან) შეესაბამება უფრო დიდ სპეციფიკურ ზედაპირულ ფართობს და უფრო ძლიერ გამაძლიერებელ ეფექტებს (როგორც ზემოთ არის მითითებული). თუმცა, ნაწილაკების ზედმეტად მცირე ზომები (მაგ., პირველადი ნაწილაკების ზომა < 10 ნმ) მნიშვნელოვნად ზრდის ნაწილაკებს შორის აგლომერაციის ენერგიას, რაც მკვეთრად ზრდის დისპერსიის სირთულეს. ეს, სამაგიეროდ, იწვევს ლოკალურ დეფექტებს, რაც ამცირებს აბრაზიულ წინააღმდეგობას.

(2) ნაწილაკების ზომის განაწილება: ვიწრო ნაწილაკების ზომის განაწილების მქონე სილიციუმი უფრო თანაბრად იშლება რეზინში, თავიდან აიცილებს დიდი ნაწილაკების (ან აგლომერატების) მიერ წარმოქმნილ „სუსტ წერტილებს“. თუ განაწილება ძალიან ფართოა (მაგ., შეიცავს როგორც 10 ნმ, ასევე 100 ნმ-ზე მეტ ნაწილაკებს), დიდი ნაწილაკები ცვეთის დაწყების წერტილებად იქცევიან (სასურველია ცვეთის დროს ცვდებიან), რაც იწვევს ცვეთისადმი წინააღმდეგობის შემცირებას.

დასკვნა: აბრაზიისადმი მდგრადობის გასაძლიერებლად უფრო სასარგებლოა სილიციუმის დიოქსიდი მცირე ნაწილაკების ზომით (რომელიც შეესაბამება ოპტიმალურ სპეციფიკურ ზედაპირის ფართობს) და ვიწრო განაწილებით.

3. სტრუქტურა (DBP შთანთქმის მნიშვნელობა)

სტრუქტურა ასახავს სილიციუმის აგრეგატების განშტოებულ სირთულეს (ხასიათდება DBP შთანთქმის მნიშვნელობით; უფრო მაღალი მნიშვნელობა მიუთითებს უფრო მაღალ სტრუქტურაზე). ის გავლენას ახდენს რეზინის ბადისებრ სტრუქტურაზე და დეფორმაციისადმი მდგრადობაზე.

(1) დადებითი გავლენა: მაღალი სტრუქტურის მქონე სილიციუმი ქმნის სამგანზომილებიან განშტოებულ აგრეგატებს, რაც რეზინის შიგნით ქმნის უფრო მკვრივ „ჩონჩხისებრ ქსელს“. ეს ზრდის რეზინის ელასტიურობას და შეკუმშვისადმი მდგრადობას. აბრაზიის დროს, ამ ქსელს შეუძლია გარე დარტყმითი ძალების ატანა, რაც ამცირებს განმეორებითი დეფორმაციით გამოწვეულ დაღლილობის ცვეთას და რითაც აუმჯობესებს აბრაზიისადმი მდგრადობას.

(2) ნეგატიური გავლენა: ზედმეტად მაღალი სტრუქტურა (DBP შთანთქმა > 300 მლ/100 გ) ადვილად იწვევს სილიციუმის აგრეგატებს შორის ჩახლართვას. ეს იწვევს მუნის სიბლანტის მკვეთრ ზრდას რეზინის შერევის დროს, დამუშავების დაბალ დინებადობას და არათანაბარ გაფანტვას. ლოკალურად ზედმეტად მკვრივი სტრუქტურების მქონე ადგილებში სტრესის კონცენტრაციის გამო აჩქარებული ცვეთა მოხდება, რაც პირიქით, აბრაზიისადმი მდგრადობას შეამცირებს.

დასკვნა: საშუალო სტრუქტურა (DBP შთანთქმის უნარი 200-250 მლ/100 გ) უფრო შესაფერისია დამუშავების უნარისა და აბრაზიულობის წინააღმდეგობის დაბალანსებისთვის.

4. ზედაპირული ჰიდროქსილის შემცველობა (Si-OH)

სილიციუმის ზედაპირზე არსებული სილანოლის ჯგუფები (Si-OH) გადამწყვეტ როლს თამაშობენ მის თავსებადობაზე რეზინთან და ირიბად მოქმედებს ცვეთამედეგობაზე ზედაპირული შეერთების სიმტკიცის გზით.

(1) დაუმუშავებელი: ზედმეტად მაღალი ჰიდროქსილის შემცველობა (> 5 ჯგუფი/ნმ²) ადვილად იწვევს ნაწილაკებს შორის მყარ აგლომერაციას წყალბადური ბმების მეშვეობით, რაც იწვევს დისპერსიის დაბალ დონეს. ამავდროულად, ჰიდროქსილის ჯგუფებს აქვთ ცუდი თავსებადობა რეზინის მოლეკულებთან (ძირითადად არაპოლარულებთან), რაც იწვევს ზედაპირული ბმების სუსტ დონეს. ცვეთის დროს, სილიციუმი მიდრეკილია რეზინისგან მოშორებისკენ, რაც ამცირებს აბრაზიისადმი მდგრადობას.

(2) სილანის შემაერთებელი აგენტით დამუშავებული: შემაერთებელი აგენტები (მაგ., Si69) რეაგირებენ ჰიდროქსილის ჯგუფებთან, ამცირებენ ნაწილაკებს შორის აგლომერაციას და ქმნიან რეზინთან თავსებად ჯგუფებს (მაგ., მერკაპტო ჯგუფები), რაც ზრდის ზედაპირული შეერთების სიმტკიცეს. ამ ეტაპზე, სილიციუმსა და რეზინას შორის წარმოიქმნება „ქიმიური მიმაგრება“. დაძაბულობის გადაცემა ერთგვაროვანი ხდება და ზედაპირული აქერცვლა ნაკლებად სავარაუდოა ცვეთის დროს, რაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს აბრაზიულობისადმი მდგრადობას.

დასკვნა: ჰიდროქსილის შემცველობა ზომიერი უნდა იყოს (3-5 ჯგუფი/ნმ²) და ის უნდა იყოს შერწყმული სილანის შემაერთებელი აგენტის გამოყენებასთან, რათა მაქსიმალურად გაიზარდოს ზედაპირული შეკავშირება და გაუმჯობესდეს აბრაზიისადმი მდგრადობა.

5. pH მნიშვნელობა

სილიციუმის pH მნიშვნელობა (როგორც წესი, 6.0-8.0) ძირითადად ირიბად მოქმედებს აბრაზიულობისადმი მდგრადობაზე რეზინის ვულკანიზაციის სისტემაზე ზემოქმედებით.

(1) ზედმეტად მჟავე (pH < 6.0): თრგუნავს ვულკანიზაციის ამაჩქარებლების აქტივობას, აფერხებს ვულკანიზაციის სიჩქარეს და შესაძლოა გამოიწვიოს რეზინის არასრული ვულკანიზაცია და არასაკმარისი ჯვარედინი შეერთების სიმკვრივე. დაბალი ჯვარედინი შეერთების სიმკვრივის მქონე რეზინას აქვს შემცირებული მექანიკური თვისებები (მაგ., დაჭიმვის სიმტკიცე, სიმტკიცე). ცვეთის დროს ის მიდრეკილია პლასტიკური დეფორმაციისა და მასალის დაკარგვისკენ, რაც იწვევს ცვეთამედეგობის დაქვეითებას.

(2) ზედმეტად ტუტე (pH > 8.0): შეიძლება დააჩქაროს ვულკანიზაცია (განსაკუთრებით თიაზოლის ამაჩქარებლებისთვის), რაც იწვევს ზედმეტად სწრაფ საწყის ვულკანიზაციას და არათანაბარ ჯვარედინი შეერთებას (ადგილობრივი ზედმეტად ჯვარედინი შეერთება ან ჯვარედინი შეერთების ნაკლებობა). ზედმეტად შეერთებული ადგილები მყიფე ხდება, ზედმეტად შეერთებულ ადგილებს დაბალი სიმტკიცე აქვთ; ორივე ამცირებს აბრაზიისადმი მდგრადობას.

დასკვნა: ნეიტრალურიდან ოდნავ მჟავემდე (pH 5.0-7.0) უფრო ხელსაყრელია ერთგვაროვანი ვულკანიზაციისთვის, რაც უზრუნველყოფს რეზინის მექანიკურ თვისებებს და აუმჯობესებს ცვეთამედეგობას.

6. მინარევების შემცველობა

სილიციუმის მინარევებს (მაგალითად, ლითონის იონებს, როგორიცაა Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ ან რეაქციაში არმყოფ მარილებს) შეუძლიათ შეამცირონ აბრაზიისადმი მდგრადობა რეზინის სტრუქტურის დაზიანებით ან ვულკანიზაციის ჩარევით.

(1) ლითონის იონები: გარდამავალი ლითონის იონები, როგორიცაა Fe³⁺, აკატალიზებენ რეზინის ჟანგვით დაბერებას, აჩქარებენ რეზინის მოლეკულური ჯაჭვის გახლეჩას. ეს დროთა განმავლობაში იწვევს მასალის მექანიკური თვისებების დაქვეითებას, რაც ამცირებს ცვეთამედეგობას. Ca²⁺, Mg²⁺ შეიძლება რეაგირებდეს რეზინაში არსებულ ვულკანიზატორებთან, რაც ხელს უშლის ვულკანიზაციას და ამცირებს ჯვარედინი შეერთების სიმკვრივეს.

(2) ხსნადი მარილები: მინარევებისა და მარილების (მაგ., Na₂SO₄) ზედმეტად მაღალი შემცველობა ზრდის სილიციუმის ჰიგროსკოპიულობას, რაც იწვევს ბუშტუკების წარმოქმნას რეზინის დამუშავების დროს. ეს ბუშტუკები ქმნის შიდა დეფექტებს; ცვეთის დროს, ამ დეფექტების ადგილებში, როგორც წესი, იწყება დაზიანება, რაც ამცირებს აბრაზიისადმი მდგრადობას.

დასკვნა: რეზინის მახასიათებლებზე უარყოფითი ზემოქმედების მინიმიზაციის მიზნით, მინარევების შემცველობა მკაცრად უნდა იყოს კონტროლირებადი (მაგ., Fe³⁺ < 1000 ppm).

შეჯამებით, გავლენადალექილი სილიციუმირეზინის ცვეთამედეგობაზე გავლენას ახდენს მრავალი თვისების სინერგიული ეფექტი: სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი და ნაწილაკების ზომა განსაზღვრავს ფუნდამენტურ გამაგრების უნარს; სტრუქტურა გავლენას ახდენს რეზინის ქსელის სტაბილურობაზე; ზედაპირული ჰიდროქსილის ჯგუფები და pH არეგულირებს ზედაპირებს შორის შეკავშირებას და ვულკანიზაციის ერთგვაროვნებას; ხოლო მინარევები აუარესებს მახასიათებლებს სტრუქტურის დაზიანებით. პრაქტიკულ გამოყენებაში, თვისებების კომბინაცია უნდა იყოს ოპტიმიზირებული რეზინის ტიპის მიხედვით (მაგ., საბურავის საფეხურის ნაერთი, დალუქვის მასალა). მაგალითად, საფეხურის ნაერთებში, როგორც წესი, შერჩეულია სილიციუმი მაღალი სპეციფიკური ზედაპირის ფართობით, საშუალო სტრუქტურით, დაბალი მინარევებით და შერწყმულია სილანის შემაერთებელი აგენტის დამუშავებასთან ცვეთამედეგობის მაქსიმიზაციისთვის.