การเตรียมยางเสริมแรงด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
- ยางเสริมแรงมีความต้านทานแรงดึง การยืดตัว และความต้านทานการขัดถูสูงขึ้น รวมทั้งมีเสถียรภาพต่อการเสื่อมสภาพตามอายุที่ดีขึ้น
- สารตัวเติม เช่น คาร์บอนแบล็ก (เช่น CNTs, MWNTs) กราฟีน หรือซิลิกา ต้องกระจายตัวอย่างเป็นเนื้อเดียวกันในเมทริกซ์เพื่อให้ได้สมบัติของวัสดุตามที่ต้องการ
- อัลตราโซนิกกำลังสูงให้คุณภาพการกระจายตัวที่เหนือกว่าสำหรับอนุภาคนาโนที่มีขนาดสม่ำเสมอและมีสมบัติในการเสริมแรงสูง
การกระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
การใช้คลื่นอัลตราโซนิกได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายในการกระจายวัสดุนาโน เช่น อนุภาคนาโนที่มีขนาดสม่ำเสมอและท่อนาโน เนื่องจากคลื่นอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการแยกและการปรับหมู่ฟังก์ชันของอนุภาคและท่อได้อย่างมาก
อุปกรณ์กระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสร้าง คาวิเทชัน และแรงเฉือนสูงเพื่อสลาย แยกกลุ่มอนุภาค คลายการพันกัน และกระจายอนุภาคนาโนและท่อนาโน ความเข้มของการใช้คลื่นอัลตราโซนิกสามารถปรับและควบคุมได้อย่างแม่นยำ จึงสามารถปรับพารามิเตอร์ของกระบวนการอัลตราโซนิกให้เหมาะสมได้อย่างสมบูรณ์ โดยคำนึงถึงความเข้มข้น การเกาะกลุ่ม และการเรียงตัว/การพันกันของวัสดุนาโน ด้วยเหตุนี้ จึงสามารถแปรรูปวัสดุนาโนได้อย่างเหมาะสมที่สุดตามข้อกำหนดเฉพาะของวัสดุแต่ละชนิด สภาวะการกระจายตัวที่เหมาะสมที่สุดจากการปรับพารามิเตอร์ของกระบวนการอัลตราโซนิกเป็นรายพารามิเตอร์ ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์นาโนคอมโพสิตยางคุณภาพสูงที่มีคุณลักษณะการเสริมแรงที่เหนือกว่าจากสารเติมแต่งและสารตัวเติมระดับนาโน
ด้วยคุณภาพการกระจายตัวที่เหนือกว่าของคลื่นอัลตราโซนิกและการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอที่ได้จากกระบวนการนี้ ปริมาณสารตัวเติมที่ต่ำมากก็เพียงพอที่จะให้คุณลักษณะของวัสดุที่ดีเยี่ยม
ระบบอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรม
ยางเสริมแรงด้วยคาร์บอนแบล็กโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิก
คาร์บอนแบล็กเป็นสารตัวเติมที่สำคัญที่สุดชนิดหนึ่งในยาง โดยเฉพาะยางรถยนต์ เพื่อให้วัสดุยางมีความต้านทานการขัดถูและความต้านทานแรงดึง อนุภาคคาร์บอนแบล็กมีแนวโน้มสูงมากที่จะรวมตัวเป็นกลุ่มอนุภาคซึ่งกระจายให้เป็นเนื้อเดียวกันได้ยาก คาร์บอนแบล็กนิยมใช้ในสี สีเคลือบอีนาเมล หมึกพิมพ์ สารให้สีไนลอนและพลาสติก ส่วนผสมน้ำยาง ส่วนผสมไข สารเคลือบสำหรับงานภาพถ่าย และอื่น ๆ
การกระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกช่วยให้แยกกลุ่มอนุภาคและผสมได้อย่างสม่ำเสมอ โดยอนุภาคมีความสม่ำเสมอของขนาดสูงมาก
คลิกที่นี่เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการกระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสำหรับวัสดุคอมโพสิตเสริมแรง!
ยางเสริมแรงด้วย CNT / MWCNT โดยใช้คลื่นอัลตราโซนิก
เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกเป็นระบบกระจายตัวที่ทรงพลัง ซึ่งสามารถควบคุมและปรับให้เหมาะกับข้อกำหนดของกระบวนการและวัสดุได้อย่างแม่นยำ การควบคุมพารามิเตอร์ของกระบวนการอัลตราโซนิกอย่างแม่นยำมีความสำคัญเป็นพิเศษในการกระจายท่อนาโน เช่น MWNTs หรือ SWNTs เนื่องจากต้องคลายท่อนาโนที่พันกันให้เป็นท่อเดี่ยวโดยไม่ทำให้เสียหาย (เช่น การขาดของท่อ) ท่อนาโนที่ไม่เสียหายมีอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางสูง (สูงถึง 132,000,000:1) จึงให้ความแข็งแรงและความแข็งตึงเป็นพิเศษเมื่อนำไปผสมในวัสดุคอมโพสิต การใช้คลื่นอัลตราโซนิกที่ทรงพลังและปรับอย่างแม่นยำสามารถเอาชนะแรงแวนเดอร์วาลส์ กระจายและคลายการพันกันของท่อนาโน ทำให้ได้วัสดุยางสมรรถนะสูงที่มีความต้านทานแรงดึงและมอดุลัสยืดหยุ่นเป็นพิเศษ
นอกจากนี้ การปรับหมู่ฟังก์ชันด้วยคลื่นอัลตราโซนิก ยังใช้เพื่อดัดแปรท่อนาโนคาร์บอนให้มีสมบัติตามที่ต้องการ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในงานได้หลากหลาย
เครื่องอัลตราโซนิกสำหรับการกระจายวัสดุนาโน คาร์บอนแบล็ก หรือถ่านกัมมันต์อย่างต่อเนื่อง
ยางเสริมแรงด้วยนาโนซิลิกาโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิก
เครื่องกระจายตัวอัลตราโซนิกให้การกระจายอนุภาคนาโนซิลิกา (SiO2) ที่สม่ำเสมออย่างยิ่งในสารละลายพอลิเมอร์ยาง อนุภาคนาโนซิลิกา (SiO2) ต้องกระจายตัวอย่างเป็นเนื้อเดียวกันในรูปอนุภาคที่มีขนาดสม่ำเสมอในยางสไตรีน–บิวทาไดอีนที่ผ่านการพอลิเมอไรเซชันและยางชนิดอื่น ๆ อนุภาคนาโน SiO2 ที่มีขนาดสม่ำเสมอทำหน้าที่เป็นสารเสริมแรง ซึ่งช่วยปรับปรุงความเหนียว ความแข็งแรง การยืดตัว สมรรถนะการดัดงอ และการต้านการเสื่อมสภาพตามอายุอย่างมีนัยสำคัญ สำหรับอนุภาคนาโน ยิ่งขนาดอนุภาคเล็ก พื้นที่ผิวจำเพาะของอนุภาคก็ยิ่งมาก อัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตร (S/V) ที่สูงขึ้นให้ผลด้านโครงสร้างและการเสริมแรงที่ดีขึ้น ซึ่งเพิ่มความต้านทานแรงดึงและความแข็งของผลิตภัณฑ์ยาง
การกระจายอนุภาคนาโนซิลิกาด้วยคลื่นอัลตราโซนิกช่วยให้ควบคุมพารามิเตอร์ของกระบวนการได้อย่างแม่นยำ จึงได้สัณฐานวิทยาแบบทรงกลม ขนาดอนุภาคที่ปรับอย่างแม่นยำ และการกระจายขนาดที่แคบมาก
ซิลิกาที่กระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกทำให้ยางที่เสริมแรงด้วยซิลิกานี้มีสมรรถนะของวัสดุสูงที่สุด
คลิกที่นี่เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการกระจาย SiO2!
การกระจายสารเติมแต่งเสริมแรงด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
การใช้คลื่นอัลตราโซนิกได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถกระจายวัสดุที่เป็นอนุภาคนาโนชนิดอื่น ๆ อีกหลายชนิด เพื่อปรับปรุงมอดุลัส ความต้านทานแรงดึง และสมบัติด้านความล้าของวัสดุคอมโพสิตยาง เนื่องจากขนาด รูปร่าง พื้นที่ผิว และความว่องไวของพื้นผิวอนุภาคของสารตัวเติมและสารเติมแต่งเสริมแรงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสมรรถนะของวัสดุเหล่านี้ การใช้เครื่องกระจายตัวอัลตราโซนิกที่ทรงพลังและเชื่อถือได้จึงเป็นวิธีหนึ่งที่ใช้บ่อยที่สุดในการผสมอนุภาคขนาดไมโครและนาโนลงในผลิตภัณฑ์ยาง
สารเติมแต่งและสารตัวเติมทั่วไปที่ผสมลงในเมทริกซ์ยางด้วยคลื่นอัลตราโซนิกในรูปอนุภาคที่กระจายอย่างสม่ำเสมอหรือมีขนาดสม่ำเสมอ ได้แก่ แคลเซียมคาร์บอเนต ดินขาวเคโอลิน ฟูมด์ซิลิกา ซิลิกาตกตะกอน แกรไฟต์ออกไซด์ กราฟีน ไมกา ทัลก์ แบไรต์ วอลลาสโทไนต์ ซิลิเกตตกตะกอน ฟูมด์ซิลิกา และไดอะตอมไมต์
เมื่อใช้คลื่นอัลตราโซนิกกระจายอนุภาคนาโนที่ปรับหมู่ฟังก์ชันด้วยกรดโอเลอิกของ TiO2 ในยางสไตรีน–บิวทาไดอีน แม้มี oleic-SiO2 ในปริมาณน้อยมาก ก็ทำให้มอดุลัส ความต้านทานแรงดึง และสมบัติด้านความล้าดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และทำหน้าที่เป็นสารป้องกันการเสื่อมสภาพจากแสงและความร้อน
- อะลูมินาไตรไฮเดรต (Al2O3) เติมลงไปเพื่อเป็นสารหน่วงไฟ เพิ่มการนำความร้อน และเพิ่มความต้านทานการเกิดรอยนำไฟฟ้าและการกัดกร่อน
- สารตัวเติมซิงก์ออกไซด์ (ZnO) เพิ่มสภาพยอมสัมพัทธ์และการนำความร้อน
- ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) เพิ่มการนำความร้อนและการนำไฟฟ้า
- แคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) ใช้เป็นสารเติมแต่งเนื่องจากมีสมบัติทางกล สมบัติทางรีโอโลยี และสมบัติหน่วงไฟ
- แบเรียมไททาเนต (BaTiO3) เพิ่มเสถียรภาพทางความร้อน
- กราฟีน และกราฟีนออกไซด์ (GO) ให้คุณลักษณะของวัสดุด้านกล ไฟฟ้า ความร้อน และแสงที่เหนือกว่า
- ท่อนาโนคาร์บอน (CNTs) ปรับปรุงสมบัติทางกล เช่น ความต้านทานแรงดึง การนำไฟฟ้าและการนำความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ
- ท่อนาโนคาร์บอนหลายผนัง (MWNTs) เพิ่มมอดุลัสของยังและความต้านทานแรงดึงที่จุดคราก ตัวอย่างเช่น การเติม MWNTs ลงในอีพ็อกซีเพียง 1 wt.% ทำให้มอดุลัสของยังและความต้านทานแรงดึงที่จุดครากเพิ่มขึ้น 100% และ 200% ตามลำดับ เมื่อเทียบกับเมทริกซ์บริสุทธิ์
- ท่อนาโนคาร์บอนผนังเดี่ยว (SWNTs) ปรับปรุงสมบัติทางกลและการนำความร้อน
- เส้นใยนาโนคาร์บอน (CNF) เพิ่มความแข็งแรง ความทนความร้อน และความทนทาน
- อนุภาคนาโนโลหะ เช่น นิกเกิล เหล็ก ทองแดง สังกะสี อะลูมิเนียม และ เงิน เติมลงไปเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าและการนำความร้อน
- วัสดุนาโนอินทรีย์ เช่น มอนต์มอริลโลไนต์ ปรับปรุงสมบัติทางกลและสมบัติหน่วงไฟ
ระบบกระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
Hielscher Ultrasonics มีอุปกรณ์อัลตราโซนิกให้เลือกหลากหลาย ตั้งแต่ระบบตั้งโต๊ะขนาดเล็กสำหรับการทดสอบความเป็นไปได้ ไปจนถึง เครื่องอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมสำหรับงานหนัก ที่มีกำลังสูงถึง 16kW ต่อเครื่อง กำลัง ความเชื่อถือได้ ความสามารถในการควบคุมอย่างแม่นยำ และความทนทาน ทำให้ระบบกระจายตัวอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็น “กำลังหลัก” ในสายการผลิตสูตรผสมที่มีอนุภาคขนาดไมครอนและนาโน เครื่องอัลตราโซนิกของเราสามารถแปรรูปสารกระจายตัวทั้งที่ใช้น้ำและตัวทำละลายเป็นตัวกลางได้อย่างง่ายดาย แม้มี ความหนืดสูง (สูงถึง 10,000cp) โซโนโทรด (ฮอร์นอัลตราโซนิก) บูสเตอร์ (อุปกรณ์เพิ่ม/ลดแอมพลิจูด) รูปทรงของเซลล์การไหล และอุปกรณ์เสริมอื่น ๆ ที่หลากหลาย ช่วยให้ปรับเครื่องกระจายตัวอัลตราโซนิกให้เหมาะสมที่สุดกับผลิตภัณฑ์และข้อกำหนดของกระบวนการ
เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher Ultrasonics สามารถให้ แอมพลิจูดสูงมาก สามารถเริ่มใช้งานแอมพลิจูดสูงถึง 200µm ได้ทันที และทำงานอย่างต่อเนื่องแบบ 24/7 สำหรับแอมพลิจูดที่สูงกว่านี้ มีโซโนโทรดอัลตราโซนิกที่ออกแบบตามความต้องการให้เลือกใช้ ความทนทานของอุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher ช่วยให้สามารถทำงานได้ 24/7 ในสภาวะ งานหนัก และในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดเข้มงวด เครื่องกระจายตัวอัลตราโซนิกของ Hielscher ได้รับการติดตั้งทั่วโลกสำหรับการผลิตเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่
ชุดอุปกรณ์อัลตราโซนิกที่ออกแบบตามความต้องการสำหรับสารกระจายตัวระดับนาโน
| ปริมาตรต่อรุ่นการผลิต | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนำ |
|---|---|---|
| 10 ถึง 2000mL | 20 ถึง 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 ถึง 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | สูงกว่า | ชุดเครื่อง UIP16000 |
วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง
- Bitenieks, Juris; Meria, Remo Merijs; Zicans, Janis; Maksimovs, Roberts; Vasilec, Cornelia; Musteata, Valentina Elena (2012): Styrene–acrylate/carbon nanotube nanocomposites: mechanical, thermal, and electrical properties. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, 2012, 61, 3, 172–177.
- Kaboorani, Alireza; Riedl, Bernard; Blanchet, Pierre (2013): Ultrasonication Technique: A Method for Dispersing Nanoclay in Wood Adhesives. Journal of Nanomaterials 2013.
- Momen, G.; Farzaneh, M. (2011): Survey of Micro/Nano Filler Use to improve Silicone Rubber For Outdoor Insulators. Review of Advanced Materials Science 27, 2011. 1-3.
- Sharma, S.D.; Singh, S. (2013): Synthesis and Characterization of Highly Effective Nano Sulfated Zirconia over Silica: Core-Shell Catalyst by Ultrasonic Irradiation. American Journal of Chemistry 2013, 3(4): 96-104.
ข้อเท็จจริงที่ควรทราบ
ยางสังเคราะห์
ยางสังเคราะห์หมายถึงอีลาสโตเมอร์ที่มนุษย์ผลิตขึ้นทุกชนิด ยางสังเคราะห์ส่วนใหญ่เป็นพอลิเมอร์ที่สังเคราะห์จากผลพลอยได้ของปิโตรเลียม และเช่นเดียวกับพอลิเมอร์อื่น ๆ ผลิตจากมอนอเมอร์ที่มีแหล่งกำเนิดจากปิโตรเลียมหลายชนิด ยางสังเคราะห์ที่พบแพร่หลายที่สุดคือยางสไตรีน–บิวทาไดอีน (SBR) ซึ่งได้จากการโคพอลิเมอไรเซชันของสไตรีนและ 1,3-butadiene ยางสังเคราะห์ชนิดอื่น ๆ เตรียมจากไอโซพรีน (2-methyl-1,3-butadiene) คลอโรพรีน (2-chloro-1,3-butadiene) และไอโซบิวทิลีน (methylpropene) โดยมีไอโซพรีนในสัดส่วนเล็กน้อยเพื่อสร้างพันธะเชื่อมขวาง มอนอเมอร์เหล่านี้และชนิดอื่น ๆ สามารถผสมในสัดส่วนต่าง ๆ เพื่อนำไปโคพอลิเมอไรเซชันและผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีสมบัติทางกายภาพ ทางกล และทางเคมีหลากหลาย สามารถผลิตมอนอเมอร์ให้บริสุทธิ์ และควบคุมการเติมสิ่งเจือปนหรือสารเติมแต่งตามการออกแบบเพื่อให้ได้สมบัติที่เหมาะสมที่สุด การพอลิเมอไรเซชันของมอนอเมอร์บริสุทธิ์สามารถควบคุมได้ดีขึ้นเพื่อให้ได้สัดส่วนพันธะคู่แบบ cis และ trans ตามที่ต้องการ
ยางสังเคราะห์เช่นเดียวกับยางธรรมชาติ ใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์สำหรับยางรถยนต์ ชิ้นส่วนยางขึ้นรูปสำหรับประตูและหน้าต่าง ท่อยาง สายพาน แผ่นรอง และวัสดุปูพื้น
ยางธรรมชาติ
ยางธรรมชาติมีชื่อเรียกอีกอย่างว่ายางอินเดียหรือคาอูตชูค ยางธรรมชาติจัดเป็นอีลาสโตเมอร์และประกอบด้วยพอลิเมอร์ของสารประกอบอินทรีย์ poly-cis-isoprene และน้ำเป็นหลัก มีสิ่งเจือปนในปริมาณเล็กน้อย เช่น โปรตีน สิ่งสกปรก เป็นต้น ยางธรรมชาติซึ่งได้มาในรูปน้ำยางจากต้นยาง Hevea Brasiliensis มีสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม เมื่อเทียบกับยางสังเคราะห์ ยางธรรมชาติมีสมรรถนะของวัสดุต่ำกว่า โดยเฉพาะด้านเสถียรภาพทางความร้อนและความเข้ากันได้กับผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม ยางธรรมชาติมีการใช้งานหลากหลาย ทั้งใช้เพียงอย่างเดียวหรือใช้ร่วมกับวัสดุอื่น ๆ ส่วนใหญ่ใช้เนื่องจากมีอัตราส่วนการยืดสูง ความสามารถในการคืนตัวสูง และความสามารถในการป้องกันน้ำซึมผ่านสูงมาก จุดหลอมเหลวของยางอยู่ที่ประมาณ 180°C (356°F)
ตารางด้านล่างแสดงภาพรวมของยางชนิดต่าง ๆ:
| ISO | ชื่อทางเทคนิค | ชื่อทั่วไป |
|---|---|---|
| ACM | ยางพอลิอะคริเลต | |
| AEM | ยางเอทิลีน–อะคริเลต | |
| AU | พอลิเอสเตอร์ยูรีเทน | |
| BIIR | โบรโมไอโซบิวทิลีนไอโซพรีน | โบรโมบิวทิล |
| BR | พอลิบิวทาไดอีน | Buna CB |
| CIIR | คลอโรไอโซบิวทิลีนไอโซพรีน | คลอโรบิวทิล, บิวทิล |
| CR | พอลิคลอโรพรีน | คลอโรพรีน, Neoprene |
| CSM | พอลิเอทิลีนคลอโรซัลโฟเนต | Hypalon |
| ECO | เอพิคลอโรไฮดริน | ECO, เอพิคลอโรไฮดริน, Epichlore, Epichloridrine, Herclor, Hydrin |
| EP | เอทิลีนโพรพิลีน | |
| EPDM | เอทิลีนโพรพิลีนไดอีนมอนอเมอร์ | EPDM, Nordel |
| EU | พอลิอีเทอร์ยูรีเทน | |
| FFKM | ยางเพอร์ฟลูออโรคาร์บอน | Kalrez, Chemraz |
| FKM | ไฮโดรคาร์บอนที่เติมฟลูออรีน | Viton, Fluorel |
| FMQ | ฟลูออโรซิลิโคน | FMQ, ยางซิลิโคน |
| FPM | ยางฟลูออโรคาร์บอน | |
| HNBR | ไนไตรล์บิวทาไดอีนที่ผ่านการเติมไฮโดรเจน | HNBR |
| IR | พอลิไอโซพรีน | ยางธรรมชาติ (สังเคราะห์) |
| IIR | ไอโซบิวทิลีนไอโซพรีนบิวทิล | บิวทิล |
| NBR | อะคริโลไนไตรล์บิวทาไดอีน | NBR, ไนไตรล์, Perbunan, Buna-N |
| PU | พอลิยูรีเทน | PU, พอลิยูรีเทน |
| SBR | สไตรีนบิวทาไดอีน | SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL, Buna SE |
| SEBS | สไตรีนเอทิลีนบิวทิลีนสไตรีนโคพอลิเมอร์ | ยาง SEBS |
| SI | พอลิไซลอกเซน | ยางซิลิโคน |
| VMQ | ไวนิลเมทิลซิลิโคน | ยางซิลิโคน |
| XNBR | อะคริโลไนไตรล์บิวทาไดอีนคาร์บอกซีมอนอเมอร์ | XNBR, ไนไตรล์ที่มีหมู่คาร์บอกซิล |
| XSBR | สไตรีนบิวทาไดอีนคาร์บอกซีมอนอเมอร์ | |
| YBPO | พอลิอีเทอร์–เอสเตอร์เทอร์โมพลาสติก | |
| YSBR | สไตรีนบิวทาไดอีนบล็อกโคพอลิเมอร์ | |
| YXSBR | สไตรีนบิวทาไดอีนคาร์บอกซีบล็อกโคพอลิเมอร์ |
SBR
สไตรีน–บิวทาไดอีนหรือยางสไตรีน–บิวทาไดอีน (SBR) หมายถึงยางสังเคราะห์ที่ได้จากสไตรีนและบิวทาไดอีน สไตรีน–บิวทาไดอีนที่เสริมแรงมีลักษณะเด่นคือความต้านทานการขัดถูสูงและสมบัติต้านการเสื่อมสภาพตามอายุที่ดี อัตราส่วนระหว่างสไตรีนกับบิวทาไดอีนเป็นตัวกำหนดสมบัติของพอลิเมอร์ เมื่อมีสไตรีนในปริมาณสูง ยางจะแข็งขึ้นและมีลักษณะคล้ายยางน้อยลง
ข้อจำกัดของ SBR ที่ไม่เสริมแรงเกิดจากความแข็งแรงต่ำเมื่อไม่มีการเสริมแรง ความสามารถในการคืนตัวต่ำ ความต้านทานการฉีกขาดต่ำ (โดยเฉพาะที่อุณหภูมิสูง) และความเหนียวติดต่ำ ดังนั้น จึงต้องใช้สารเสริมแรงและสารตัวเติมเพื่อปรับปรุงสมบัติของ SBR ตัวอย่างเช่น ใช้สารตัวเติมคาร์บอนแบล็กเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความต้านทานการขัดถูอย่างมาก
สไตรีน
สไตรีน (C8H8) มีชื่อเรียกหลากหลาย เช่น ethenylbenzene, vinylbenzene, phenylethene, phenylethylene, cinnamene, styrol, diarex HF 77, styrolene และ styropol เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีสูตรเคมี C6H5CH=CH2 สไตรีนเป็นสารตั้งต้นของพอลิสไตรีนและโคพอลิเมอร์หลายชนิด
เป็นอนุพันธ์ของเบนซีนและมีลักษณะเป็นของเหลวคล้ายน้ำมันที่ไม่มีสี ซึ่งระเหยได้ง่าย สไตรีนมีกลิ่นหวาน แต่เมื่อมีความเข้มข้นสูง กลิ่นจะเปลี่ยนเป็นกลิ่นที่ไม่น่าพึงพอใจมากขึ้น
เมื่อมีหมู่ไวนิล สไตรีนจะเกิดเป็นพอลิเมอร์ พอลิเมอร์ที่มีสไตรีนเป็นองค์ประกอบผลิตในเชิงพาณิชย์เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ เช่น พอลิสไตรีน ABS ยางสไตรีน–บิวทาไดอีน (SBR) น้ำยางสไตรีน–บิวทาไดอีน SIS (สไตรีน–ไอโซพรีน–สไตรีน) S-EB-S (สไตรีน–เอทิลีน/บิวทิลีน–สไตรีน) สไตรีน–ไดไวนิลเบนซีน (S-DVB) เรซินสไตรีน–อะคริโลไนไตรล์ (SAN) และพอลิเอสเตอร์ไม่อิ่มตัวที่ใช้ในเรซินและสารประกอบเทอร์โมเซต วัสดุเหล่านี้เป็นองค์ประกอบสำคัญในการผลิตยาง พลาสติก ฉนวน ไฟเบอร์กลาส ท่อ ชิ้นส่วนรถยนต์และเรือ ภาชนะบรรจุอาหาร และชั้นรองหลังพรม
การใช้งานยาง
ยางมีคุณลักษณะของวัสดุหลายประการ เช่น ความแข็งแรง อายุการใช้งานยาวนาน ความทนน้ำ และความทนความร้อน สมบัติเหล่านี้ทำให้ยางใช้งานได้หลากหลายอย่างยิ่ง จึงมีการใช้ในอุตสาหกรรมหลายประเภท การใช้งานหลักของยางอยู่ในอุตสาหกรรมยานยนต์ โดยส่วนใหญ่ใช้ผลิตยางรถยนต์ คุณลักษณะอื่น ๆ ได้แก่ การไม่ลื่น ความนุ่ม ความทนทาน และความสามารถในการคืนตัว ทำให้ยางเป็นวัสดุคอมโพสิตที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตรองเท้า วัสดุปูพื้น อุปกรณ์ทางการแพทย์และการดูแลสุขภาพ ผลิตภัณฑ์ในครัวเรือน ของเล่น อุปกรณ์กีฬา และผลิตภัณฑ์ยางอื่น ๆ อีกมากมาย
สารเติมแต่งและสารตัวเติมระดับนาโน
สารตัวเติมและสารเติมแต่งขนาดนาโนในยางทำหน้าที่เป็นสารเสริมแรงและสารป้องกัน เพื่อปรับปรุงความต้านทานแรงดึง ความต้านทานการขัดถู ความต้านทานการฉีกขาด และฮิสเทอรีซิส รวมทั้งป้องกันการเสื่อมสภาพของยางจากแสงและความร้อน
ซิลิกา
ซิลิกา (SiO2, ซิลิคอนไดออกไซด์) ใช้ในหลายรูปแบบ เช่น ซิลิกาอสัณฐาน ได้แก่ ฟูมด์ซิลิกา ซิลิกาฟูม และซิลิกาตกตะกอน เพื่อปรับปรุงคุณลักษณะของวัสดุด้านสมบัติทางกลเชิงพลวัต ความต้านทานการเสื่อมสภาพจากความร้อน และสัณฐานวิทยา สารประกอบที่เติมซิลิกามีความหนืดและความหนาแน่นของพันธะเชื่อมขวางเพิ่มขึ้นตามปริมาณสารตัวเติมที่เพิ่มขึ้น ความแข็ง มอดุลัส ความต้านทานแรงดึง และคุณลักษณะด้านการสึกหรอดีขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อเพิ่มปริมาณสารตัวเติมซิลิกา
คาร์บอนแบล็ก
คาร์บอนแบล็กเป็นคาร์บอนรูปแบบพาราคริสตัลไลน์ที่มีสารเชิงซ้อนของออกซิเจนซึ่งถูกดูดซับทางเคมี (เช่น หมู่คาร์บอกซิลิก ควิโนนิก แลกโทนิก ฟีนอลิก และหมู่อื่น ๆ) ติดอยู่บนพื้นผิว หมู่ที่มีออกซิเจนบนพื้นผิวเหล่านี้มักเรียกรวมกันว่า “สารเชิงซ้อนระเหยได้” เนื่องจากมีองค์ประกอบที่ระเหยได้นี้ คาร์บอนแบล็กจึงเป็นวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า อนุภาคคาร์บอนแบล็กที่ปรับหมู่ฟังก์ชันด้วยสารเชิงซ้อนคาร์บอน–ออกซิเจนกระจายตัวได้ง่ายขึ้น
อัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรที่สูงของคาร์บอนแบล็กทำให้เป็นสารตัวเติมเสริมแรงที่ใช้กันทั่วไป ผลิตภัณฑ์ยางเกือบทั้งหมดที่ต้องการความต้านทานแรงดึงและความต้านทานการขัดถูเป็นสมบัติสำคัญใช้คาร์บอนแบล็ก ซิลิกาตกตะกอนหรือฟูมด์ซิลิกาใช้ทดแทนคาร์บอนแบล็กเมื่อต้องการเสริมแรงยางแต่ต้องหลีกเลี่ยงสีดำ อย่างไรก็ตาม สารตัวเติมที่มีซิลิกาเป็นองค์ประกอบมีส่วนแบ่งตลาดในยางรถยนต์เพิ่มขึ้นเช่นกัน เนื่องจากการใช้สารตัวเติมซิลิกาทำให้เกิดการสูญเสียจากการกลิ้งต่ำกว่าเมื่อเทียบกับยางรถยนต์ที่เติมคาร์บอนแบล็ก
ตารางด้านล่างแสดงภาพรวมของชนิดคาร์บอนแบล็กที่ใช้ในยางรถยนต์
| ชื่อ | อักษรย่อ | ASTM | ขนาดอนุภาค nm | ความต้านทานแรงดึง MPa | การขัดถูในห้องปฏิบัติการแบบสัมพัทธ์ | การขัดถูจากการใช้งานบนถนนแบบสัมพัทธ์ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| คาร์บอนแบล็กชนิดเตาเผาที่ให้ความต้านทานการขัดถูสูงเป็นพิเศษ | SAF | N110 | 20–25 | 25.2 | 1.35 | 1.25 |
| คาร์บอนแบล็กชนิด SAF ระดับกลาง | ISAF | N220 | 24–33 | 23.1 | 1.25 | 1.15 |
| คาร์บอนแบล็กชนิดเตาเผาที่ให้ความต้านทานการขัดถูสูง | HAF | N330 | 28–36 | 22.4 | 1.00 | 1.00 |
| คาร์บอนแบล็กชนิดแชนเนลที่แปรรูปง่าย | EPC | N300 | 30–35 | 21.7 | 0.80 | 0.90 |
| คาร์บอนแบล็กชนิดเตาเผาที่อัดรีดได้รวดเร็ว | FEF | N550 | 39–55 | 18.2 | 0.64 | 0.72 |
| คาร์บอนแบล็กชนิดเตาเผาที่ให้มอดุลัสสูง | HMF | N660 | 49–73 | 16.1 | 0.56 | 0.66 |
| คาร์บอนแบล็กชนิดเตาเผาแบบกึ่งเสริมแรง | SRF | N770 | 70–96 | 14.7 | 0.48 | 0.60 |
| คาร์บอนแบล็กชนิดเทอร์มอลละเอียด | FT | N880 | 180–200 | 12.6 | 0.22 | – |
| คาร์บอนแบล็กชนิดเทอร์มอลปานกลาง | MT | N990 | 250–350 | 9.8 | 0.18 | – |
กราฟีนออกไซด์
กราฟีนออกไซด์ที่กระจายตัวใน SBR ทำให้มีความต้านทานแรงดึงและความต้านทานการฉีกขาดสูง รวมทั้งมีความต้านทานการสึกหรอที่โดดเด่นและความต้านทานการกลิ้งต่ำ ซึ่งเป็นสมบัติของวัสดุที่สำคัญสำหรับการผลิตยางรถยนต์ SBR ที่เสริมแรงด้วยกราฟีนออกไซด์–ซิลิกาเป็นทางเลือกที่สามารถแข่งขันได้สำหรับการผลิตยางรถยนต์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม รวมทั้งการผลิตวัสดุคอมโพสิตยางสมรรถนะสูง กราฟีนและกราฟีนออกไซด์สามารถแยกชั้นได้สำเร็จอย่างเชื่อถือได้และง่ายดายด้วยการใช้คลื่นอัลตราโซนิก คลิกที่นี่เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการผลิตกราฟีนด้วยคลื่นอัลตราโซนิก!