রাবার ঘর্ষণ প্রতিরোধের উপর অবক্ষেপিত সিলিকার বিভিন্ন বৈশিষ্ট্যের প্রভাব

অবক্ষয়িত সিলিকারাবার শিল্পে এটি একটি গুরুত্বপূর্ণ রিইনফোর্সিং ফিলার। এর বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য পরোক্ষ বা প্রত্যক্ষভাবে রাবারের ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতাকে প্রভাবিত করে, রাবার ম্যাট্রিক্সের সাথে আন্তঃমুখের মিথস্ক্রিয়া, বিচ্ছুরণ এবং রাবারের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে প্রভাবিত করে। নীচে, মূল বৈশিষ্ট্যগুলি থেকে শুরু করে, আমরা রাবার ঘর্ষণ প্রতিরোধের উপর তাদের প্রভাবের প্রক্রিয়াগুলি বিশদভাবে বিশ্লেষণ করব:

১. নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল (BET)

নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল সিলিকার অন্যতম প্রধান বৈশিষ্ট্য, যা রাবারের সাথে এর যোগাযোগের ক্ষেত্রফলকে সরাসরি প্রতিফলিত করে এবং শক্তিশালীকরণ ক্ষমতা প্রদান করে, যা ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে।

(১) ইতিবাচক প্রভাব: একটি নির্দিষ্ট পরিসরের মধ্যে, নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল (যেমন, ১০০ বর্গমিটার/গ্রাম থেকে ২০০ বর্গমিটার/গ্রাম) বৃদ্ধি করলে সিলিকা এবং রাবার ম্যাট্রিক্সের মধ্যে আন্তঃমুখের যোগাযোগের ক্ষেত্রফল বৃদ্ধি পায়। এটি "অ্যাঙ্করিং এফেক্ট" এর মাধ্যমে আন্তঃমুখের বন্ধন শক্তি বৃদ্ধি করতে পারে, যা রাবারের বিকৃতি প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং শক্তিশালীকরণ প্রভাব উন্নত করে। এই সময়ে, রাবারের কঠোরতা, প্রসার্য শক্তি এবং টিয়ার শক্তি বৃদ্ধি পায়। পরিধানের সময়, অতিরিক্ত স্থানীয় চাপের কারণে এটি উপাদান বিচ্ছিন্ন হওয়ার ঝুঁকি কম রাখে, যার ফলে ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়।

(২) নেতিবাচক প্রভাব: যদি নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল খুব বেশি হয় (যেমন, ২৫০ বর্গমিটার/গ্রামের বেশি), তাহলে ভ্যান ডের ওয়ালস বল এবং সিলিকা কণার মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন শক্তিশালী হয়, যা সহজেই জমাট বাঁধার সৃষ্টি করে (বিশেষ করে পৃষ্ঠের চিকিৎসা ছাড়াই), যার ফলে বিচ্ছুরণযোগ্যতা তীব্রভাবে হ্রাস পায়। জমাটবদ্ধ রাবারের মধ্যে "চাপ ঘনত্ব বিন্দু" তৈরি করে। পরিধানের সময়, জমাটবদ্ধ পদার্থের চারপাশে ফ্র্যাকচার ঘটতে থাকে, বিপরীতভাবে ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করে।

উপসংহার: একটি সর্বোত্তম নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফলের পরিসর রয়েছে (সাধারণত 150-220 বর্গমিটার/গ্রাম, রাবারের ধরণের সাথে পরিবর্তিত হয়) যেখানে বিচ্ছুরণযোগ্যতা এবং পুনর্বহাল প্রভাব ভারসাম্যপূর্ণ থাকে, যার ফলে সর্বোত্তম ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা তৈরি হয়।

2. কণার আকার এবং আকার বিতরণ

সিলিকার প্রাথমিক কণার আকার (বা সমষ্টিগত আকার) এবং বন্টন পরোক্ষভাবে বিচ্ছুরণের অভিন্নতা এবং আন্তঃমুখের মিথস্ক্রিয়াকে প্রভাবিত করে ঘর্ষণ প্রতিরোধকে প্রভাবিত করে।

(১) কণার আকার: ছোট কণার আকার (সাধারণত নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফলের সাথে ইতিবাচকভাবে সম্পর্কযুক্ত) বৃহত্তর নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং শক্তিশালী পুনর্বহাল প্রভাবের সাথে মিলে যায় (উপরে দেখানো হয়েছে)। তবে, অত্যধিক ছোট কণার আকার (যেমন, প্রাথমিক কণার আকার < 10 nm) কণার মধ্যে জমাটবদ্ধ শক্তি উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে, বিচ্ছুরণের অসুবিধাকে মারাত্মকভাবে বৃদ্ধি করে। এর পরিবর্তে এটি স্থানীয় ত্রুটির দিকে পরিচালিত করে, ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করে।

(২) কণার আকার বন্টন: কণার আকার বন্টনের সংকীর্ণতা সহ সিলিকা রাবারে আরও সমানভাবে ছড়িয়ে পড়ে, বৃহৎ কণা (অথবা সমষ্টি) দ্বারা গঠিত "দুর্বল বিন্দু" এড়িয়ে যায়। যদি বন্টনটি খুব বিস্তৃত হয় (যেমন, 10 nm এবং 100 nm এর বেশি উভয় কণা ধারণ করে), তাহলে বৃহৎ কণাগুলি পরিধানের সূচনা বিন্দুতে পরিণত হয় (ঘর্ষণকালে অগ্রাধিকারযোগ্যভাবে জীর্ণ হয়ে যায়), যার ফলে ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস পায়।

উপসংহার: ছোট কণার আকার (সর্বোত্তম নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফলের সাথে মিলে যায়) এবং সংকীর্ণ বন্টন সহ সিলিকা ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধির জন্য বেশি উপকারী।

৩.গঠন (ডিবিপি শোষণ মান)

গঠন সিলিকা সমষ্টির শাখাযুক্ত জটিলতা প্রতিফলিত করে (DBP শোষণ মান দ্বারা চিহ্নিত; উচ্চ মান উচ্চতর কাঠামো নির্দেশ করে)। এটি রাবারের নেটওয়ার্ক কাঠামো এবং বিকৃতি প্রতিরোধকে প্রভাবিত করে।

(১) ইতিবাচক প্রভাব: উচ্চ কাঠামোর সিলিকা ত্রিমাত্রিক শাখাযুক্ত সমষ্টি গঠন করে, যা রাবারের মধ্যে একটি ঘন "কঙ্কাল নেটওয়ার্ক" তৈরি করে। এটি রাবারের স্থিতিস্থাপকতা এবং সংকোচনের প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি করে। ঘর্ষণকালে, এই নেটওয়ার্কটি বাহ্যিক প্রভাব বলকে বাফার করতে পারে, বারবার বিকৃতির কারণে সৃষ্ট ক্লান্তি ক্ষয় হ্রাস করে, যার ফলে ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত হয়।

(২) নেতিবাচক প্রভাব: অত্যধিক উচ্চ কাঠামো (ডিবিপি শোষণ > ৩০০ মিলি/১০০ গ্রাম) সহজেই সিলিকা সমষ্টির মধ্যে জট তৈরি করে। এর ফলে রাবার মিশ্রণের সময় মুনির সান্দ্রতা তীব্রভাবে বৃদ্ধি পায়, প্রক্রিয়াজাতকরণের ক্ষেত্রে দুর্বল প্রবাহযোগ্যতা এবং অসম বিচ্ছুরণ ঘটে। স্থানীয়ভাবে অতিরিক্ত ঘন কাঠামোযুক্ত অঞ্চলগুলিতে চাপের ঘনত্বের কারণে ত্বরান্বিত ক্ষয়ক্ষতি হবে, বিপরীতে ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস পাবে।

উপসংহার: মাঝারি গঠন (DBP শোষণ 200-250 mL/100g) প্রক্রিয়াজাতকরণ এবং ঘর্ষণ প্রতিরোধের ভারসাম্য বজায় রাখার জন্য আরও উপযুক্ত।

৪. সারফেস হাইড্রোক্সিল কন্টেন্ট (Si-OH)

সিলিকা পৃষ্ঠের সিলানল গ্রুপগুলি (Si-OH) রাবারের সাথে এর সামঞ্জস্যকে প্রভাবিত করার মূল চাবিকাঠি, পরোক্ষভাবে আন্তঃমুখ বন্ধন শক্তির মাধ্যমে ঘর্ষণ প্রতিরোধকে প্রভাবিত করে।

(১) অপরিশোধিত: অত্যধিক উচ্চ হাইড্রোক্সিল উপাদান (> ৫ গ্রুপ/এনএম²) সহজেই হাইড্রোজেন বন্ধনের মাধ্যমে কণাগুলির মধ্যে শক্ত জমাট বাঁধার দিকে পরিচালিত করে, যার ফলে খারাপ বিচ্ছুরণ ঘটে। একই সাথে, হাইড্রোক্সিল গ্রুপগুলির রাবার অণুর সাথে দুর্বল সামঞ্জস্য থাকে (বেশিরভাগই অ-মেরু), যার ফলে দুর্বল আন্তঃমুখ বন্ধন তৈরি হয়। পরিধানের সময়, সিলিকা রাবার থেকে বিচ্ছিন্ন হওয়ার প্রবণতা থাকে, যা ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করে।

(২) সিলেন কাপলিং এজেন্ট দিয়ে চিকিৎসা: কাপলিং এজেন্ট (যেমন, Si69) হাইড্রোক্সিল গ্রুপের সাথে বিক্রিয়া করে, আন্তঃকণা জমাট বাঁধা কমায় এবং রাবারের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ গ্রুপ (যেমন, মারক্যাপ্টো গ্রুপ) প্রবর্তন করে, আন্তঃমুখ বন্ধন শক্তি বৃদ্ধি করে। এই সময়ে, সিলিকা এবং রাবারের মধ্যে একটি "রাসায়নিক অ্যাঙ্করিং" তৈরি হয়। স্ট্রেস ট্রান্সফার অভিন্ন হয়ে যায় এবং পরিধানের সময় আন্তঃমুখ খোসা ছাড়ানোর সম্ভাবনা কম থাকে, যা ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করে।

উপসংহার: হাইড্রোক্সিলের পরিমাণ মাঝারি (৩-৫ গ্রুপ/nm²) হওয়া উচিত, এবং আন্তঃমুখ বন্ধন সর্বাধিক করতে এবং ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করতে সাইলেন কাপলিং এজেন্ট ট্রিটমেন্টের সাথে একত্রিত করা আবশ্যক।

৫.পিএইচ মান

সিলিকার pH মান (সাধারণত 6.0-8.0) মূলত রাবার ভালকানাইজেশন সিস্টেমকে প্রভাবিত করে পরোক্ষভাবে ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতাকে প্রভাবিত করে।

(১) অত্যধিক অ্যাসিডিক (pH < 6.0): ভালকানাইজেশন অ্যাক্সিলারেটরের কার্যকলাপকে বাধা দেয়, ভালকানাইজেশনের হার বিলম্বিত করে এবং এমনকি রাবারে অসম্পূর্ণ ভালকানাইজেশন এবং অপর্যাপ্ত ক্রসলিংক ঘনত্বের কারণ হতে পারে। কম ক্রসলিংক ঘনত্বের রাবারের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য হ্রাস পায় (যেমন, প্রসার্য শক্তি, কঠোরতা)। পরিধানের সময়, এটি প্লাস্টিকের বিকৃতি এবং উপাদানের ক্ষতির ঝুঁকিতে থাকে, যার ফলে ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা কম থাকে।

(২) অত্যধিক ক্ষারীয় (pH > 8.0): ভলকানাইজেশন ত্বরান্বিত করতে পারে (বিশেষ করে থিয়াজোল অ্যাক্সিলারেটরের জন্য), যার ফলে অত্যধিক দ্রুত প্রাথমিক ভলকানাইজেশন এবং অসম ক্রসলিংকিং (স্থানীয় ওভার-ক্রসলিংকিং বা আন্ডার-ক্রসলিংকিং) হতে পারে। ওভার-ক্রসলিংক করা অঞ্চলগুলি ভঙ্গুর হয়ে যায়, আন্ডার-ক্রসলিংক করা অঞ্চলগুলির শক্তি কম থাকে; উভয়ই ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করবে।

উপসংহার: নিরপেক্ষ থেকে সামান্য অম্লীয় (pH 5.0-7.0) অভিন্ন ভলকানাইজেশনের জন্য বেশি অনুকূল, রাবারের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য নিশ্চিত করে এবং ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করে।

৬. অপবিত্রতা বিষয়বস্তু

সিলিকার অমেধ্য (যেমন Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ এর মতো ধাতব আয়ন, অথবা অপ্রতিক্রিয়াশীল লবণ) রাবারের কাঠামোর ক্ষতি করে বা ভালকানাইজেশনে হস্তক্ষেপ করে ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করতে পারে।

(১) ধাতব আয়ন: Fe³⁺ এর মতো ট্রানজিশন ধাতব আয়ন রাবারের অক্সিডেটিভ বার্ধক্যকে অনুঘটক করে, রাবারের আণবিক শৃঙ্খল বিচ্ছেদকে ত্বরান্বিত করে। এর ফলে সময়ের সাথে সাথে উপাদানের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যে ক্ষয় হয়, যা ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করে। Ca²⁺, Mg²⁺ রাবারে ভলকানাইজিং এজেন্টের সাথে প্রতিক্রিয়া করতে পারে, ভলকানাইজেশনে হস্তক্ষেপ করে এবং ক্রসলিংক ঘনত্ব হ্রাস করে।

(২) দ্রবণীয় লবণ: অত্যধিক পরিমাণে অপরিষ্কার লবণ (যেমন, Na₂SO₄) সিলিকার হাইগ্রোস্কোপিসিটি বৃদ্ধি করে, যার ফলে রাবার প্রক্রিয়াকরণের সময় বুদবুদ তৈরি হয়। এই বুদবুদগুলি অভ্যন্তরীণ ত্রুটি তৈরি করে; পরিধানের সময়, এই ত্রুটিযুক্ত স্থানে ব্যর্থতা শুরু হয়, যা ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করে।

উপসংহার: রাবারের কর্মক্ষমতার উপর নেতিবাচক প্রভাব কমাতে অপবিত্রতার পরিমাণ কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে হবে (যেমন, Fe³⁺ < 1000 ppm)।

সংক্ষেপে, এর প্রভাবঅবক্ষেপিত সিলিকারাবার ঘর্ষণ প্রতিরোধের উপর একাধিক বৈশিষ্ট্যের সমন্বয়মূলক প্রভাবের ফলে ঘটে: নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং কণার আকার মৌলিক পুনর্বহাল ক্ষমতা নির্ধারণ করে; কাঠামো রাবার নেটওয়ার্কের স্থায়িত্বকে প্রভাবিত করে; পৃষ্ঠের হাইড্রোক্সিল গ্রুপ এবং pH ইন্টারফেসিয়াল বন্ধন এবং ভালকানাইজেশন অভিন্নতা নিয়ন্ত্রণ করে; অন্যদিকে অমেধ্য কাঠামোর ক্ষতি করে কর্মক্ষমতা হ্রাস করে। ব্যবহারিক প্রয়োগে, বৈশিষ্ট্যের সংমিশ্রণ রাবারের ধরণ অনুসারে অপ্টিমাইজ করা উচিত (যেমন, টায়ার ট্রেড যৌগ, সিলান্ট)। উদাহরণস্বরূপ, ট্রেড যৌগগুলি সাধারণত উচ্চ নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল, মাঝারি গঠন, কম অমেধ্য সহ সিলিকা নির্বাচন করে এবং ঘর্ষণ প্রতিরোধকে সর্বাধিক করার জন্য সাইলেন কাপলিং এজেন্ট চিকিত্সার সাথে মিলিত হয়।