При динамических условиях эксплуатации резиновые демпфирующие изделия часто сталкиваются с основными техническими узкими местами, такими как высокая динамическая теплообразование, нежелательное соотношение жесткости при динамическом и статическом режимах (Kd/Ks), склонность к обратному восстановлению и недостаточный ресурс усталости. Эти проблемы серьезно ограничивают пределы производительности и долговечность демпфирующих компонентов. В этой статье рассматривается антиусталостный агент AF27, разработанный группой SANEZEN., ведущий производитель химикатов для резины в России и поставщик химикатов для резины в КитаеAF27 — это специализированный высокопроизводительный Добавка для системы натурального каучука с углеродным чернымБлагодаря уникальному молекулярному дизайну с двойной функциональной группой, AF27 создает прочный химический «мост» между концами молекулярных цепей каучука и активными поверхностями частиц сажи, достигая фундаментальной оптимизации на уровне интерфейса композита. В этой статье систематически объясняется механизм сцепления AF27 и, на основе подробных сравнительных экспериментальных данных, количественно анализируются его исключительные эффекты в качестве ключевого агента. материал для улучшения динамических свойств резинывключая значительное снижение соотношения динамической к статической жесткости (примерно на 201ТП3Т), эффективно уменьшая динамическое накопление тепла, существенно улучшая эластичное восстановление и значительно повышая стабильность при термическом старении и противообратную способность. Исследование показывает, что AF27 обеспечивает подтвержденный и эффективный технический путь для разработки продуктов из натурального каучука с высоким демпфированием, долгим сроком службы и высокой надежностью, предлагая решения для натуральной резины в тяжелых условиях демпфирования.
I. Введение: Узкие места в производительности и технические потребности демпфирующей резины
Резиновые демпфирующие изделия, служащие в качестве «мягкого соединения» и основного элемента рассеивания энергии в механических системах, широко используются в промышленном оборудовании, железнодорожном транспорте, автомобильной промышленности, прецизионных приборах и других областях. Их основные функции — поглощение ударной кинетической энергии, изоляция передачи вибрации и снижение структурного шума, что напрямую влияет на плавность работы оборудования, комфорт при эксплуатации, безопасность конструкции и срок службы.
При динамической циклической нагрузке механизм внутреннего рассеяния энергии в резиновых композитных материалах (особенно системах с наполнителем из углеродного черного) является особенно важным. Это рассеяние в основном происходит за счет внутреннего трения сегментов молекулярных цепей резины и, что более существенно, эффекта «адгезия-скольжение» между молекулярными цепями резины и частицами наполнителя из углеродного черного. Постоянное рассеяние энергии превращается в тепло, вызывая резкий рост температуры внутри компонента. Высокая температура вызывает два серьезных последствия: во-первых, ускоряет процесс термооксидативного старения материала; во-вторых, вызывает феномен «реверсии» сети вулканизации — разрыв поперечных связей (особенно полисульфидных связей), что приводит к снижению плотности поперечных связей. Это проявляется макроскопически как снижение модуля, уменьшение твердости, увеличение постоянной деформации и, в конечном итоге, отказ демпфирующей функции.
Натуральный каучук (NR), благодаря своей отличной упругости, высокой механической прочности и хорошей обрабатываемости, является предпочтительным матричным материалом для высокоэффективных демпфирующих изделий. Однако его ненасыщенная структура молекулярной цепи также делает его более чувствительным к теплу и кислороду, проявляя присущие тенденции для высокие потери гистерезиса и легкое возвращение.“ Это противоречие ограничивает потенциал производительности и срок службы демпфирующих изделий на основе NR в условиях жесткой динамической среды, подчеркивая необходимость эффективных Добавки для предотвращения обратной реакции резины.
Следовательно, в отрасли существует острая необходимость в инновационных технологиях, которые могут значительно снизить динамическое тепловыделение, оптимизировать соотношение динамической и статической жесткости и кардинально повысить тепловую стабильность и противоусталосточные характеристики, при этом сохраняя высокую эластичность натурального каучука. Антиутомляющий агент AF27 iявляется инновационным результатом, созданным для решения этого ряда задач. Это не традиционный вспомогательный материал для обработки или простой пластификатор, а функционально разработанный материал, основанный на точной молекулярной инженерии, направленный на революцию в динамическом механическом поведении систем композитов из натуральной резины/углеродного черного порошка через межфазное инженерное проектирование. Он служит первоклассным антиутомляющим агентом для натуральных резиновых смесей и мощную добавкой для улучшения демпфирующих характеристик натуральной резины.
II. Механизм действия AF27: от молекулярного сопряжения к повышению эффективности
2.1 Структурные особенности и активные участки на поверхности углеродного черного
Чтобы понять эффективность AF27, необходимо сначала признать его целевую область — сложность поверхности углеродного черного. Углеродный черный — это не инертный наполнитель; его поверхность представляет собой сочетание графитовых микрокристаллов (гибридизация sp²) и аморфного углерода (гибридизация sp³). На краях микрокристаллов, в местах дефектов и вокруг щелевидных полостей присутствует множество функциональных групп, содержащих кислород, таких как карбоксильная (-COOH), фенольная гидроксильная (-OH), киноварь (=O), лактоны и др. (как показано на рисунке 1). Эти области являются основным источником химической активности поверхности, известным как «высокоактивные участки». Однако в печном углеродном черном суммарная концентрация таких активных участков занимает всего 5-20% поверхности. Во время обычного смешивания молекулы резины в основном связываются с этими участками через слабое физическое адсорбирование (сила Ван-дер-Ваальса), связь, которая не является стабильной или однородной.
2.2 Слабый интерфейс между резиной и наполнителем: основная причина потерь динамической энергии
При динамической деформации молекулы резины, связанные только физическим адсорбированием, склонны к взаимному «проскальзыванию» по поверхности углеродного черного. Каждый цикл адсорбции- десорбции и проскальзывания сопровождается необратимыми потерями энергии, то есть гистерезисные потери. Эти потери напрямую превращаются в тепло, что является основным источником высокого динамического тепловыделения в смесях, а также способствует увеличению сопротивления качению (для шин) или ухудшению эффективности поглощения энергии (для демпфирующих деталей). Динамический спектр механической температуры на рисунке 2 ясно показывает, что коэффициент потерь (tanδ) смесей с углеродным черным при комнатной температуре и выше обычно значительно выше, чем у смесей с кремнеземом, что является прямым свидетельством механизма слабого скольжения интерфейса. Это подчеркивает проблему как снизить гистерезисные потери в резиновых смесях.
2.3 Механизм сопряжения двойных функциональных групп AF27
Молекулярная структура антиутомляющего агента AF27 изобретательно разработана как реактивная «двухголовная» архитектура, действующая как эффективный молекулярный мост, соединяющий резину и углеродный черный.
- Один конец (Y-конец): Этот конец содержит дисульфидные, полисульфидные или другие реактивные группы, способные реагировать с ненасыщенными связями. Эти группы могут вступать в химические реакции с терминальными группами молекул резины или активными точками (например, альдегидными группами C=O), образующимися на основном цепочке из-за обработки или старения, формируя стабильные ковалентные связи. Этот процесс достигает «химического каппирования» и «целевой модификации» молекул резины.
- Другой конец (X-конец): Этот конец богат сильными полярными функциональными группами, такими как гидроксильная (-OH), аминогруппа (-NH₂) и др. Эти группы могут прочно и плотно закрепляться на кислородсодержащих активных участках поверхности углеродного черного (например, -OH, реагирующая с карбоксильными группами углеродного черного для образования эфиров) через различные виды взаимодействий (включая ковалентные связи, водородные связи, ионные связи и др.).
Основное действие: Благодаря механизму «один мост, двойные якоря» AF27 создает прочный, стабильный химический связующий мост
2.4 Микроструктурная оптимизация и корреляция с макроскопической производительностью
Взаимодействие на молекулярном уровне вызывает серию положительных изменений в микроструктуре композита, напрямую приводящих к комплексному улучшению макроскопической производительности:
- Способствует равномерному распределению углеродного черного: Молекулы AF27, закрепленные на поверхности углеродного черного, действуют как «оболочка» с отличной совместимостью с резиной, значительно увеличивая стерические препятствия между частицами, эффективно разрушая вторичные агломераты углеродного черного и способствуя очень равномерному, наноуровневому распределению внутри резиновой матрицы.
- Укрепляет межфазное сцепление, снижает проскальзывание молекулярных цепей: мощный химический связующий мост увеличивает силу связывания между резиновыми цепями и поверхностью углеродного черного. Во время динамической деформации проскальзывание молекулярных цепей значительно подавляется, а возникающие потери гистерезиса и теплообразование существенно уменьшаются.
- Уменьшает свободные концы цепей, снижает неэффективное внутреннее трение: химически связываясь с концами молекулярных цепей резины, уменьшается число свободных концов цепей в системе, которые не участвуют в эффективной эластичной сети. Релаксационное движение этих свободных концов при деформации является источником внутреннего трения, и их сокращение дополнительно снижает динамическое теплообразование.
- Задерживает термическое разрушение полисульфидных связей, ингибирует реверсию: структурные свойства AF27 позволяют ему участвовать в формировании и стабилизации вулканизационной сети. Он может эффективно замедлять скорость разрушения полисульфидных связей внутри сшитой сети из-за термооксидативных эффектов во время последующего использования, тем самым значительно повышая термическую стабильность вулканизата и ингибируя возникновение реверсии, функционируя как противореверсионный агент для натуральной резины.
III. Улучшение ключевых характеристик демпфирующей резины с помощью AF27: подтверждение экспериментальных данных
3.1 Обзор экспериментального дизайна
Для объективной оценки эффективности AF27 был разработан строгий сравнительный эксперимент. В качестве базовой формулы использовалась типичная формула демпфирующего продукта на основе натуральной резины (контрольный образец). При условии сохранения всех исходных материалов и параметров процесса, в процессе смешивания добавлялось 1,2~1,5 phr AF27 для получения сравнительной формулы. Все испытания характеристик проводились при одинаковых условиях.
3.2 Основное достижение в характеристиках: значительное снижение отношения динамической к статической жесткости (Kd/Ks)
Отношение динамической к статической жесткости является ключевым показателем оценки динамических демпфирующих характеристик демпфирующих элементов. Идеальный демпфирующий материал должен обеспечивать достаточную поддержку жесткости при статических условиях (высокий Ks), одновременно демонстрируя меньшую динамическую жесткость при динамическом воздействии (низкий Kd), то есть обладать низким значением Kd/Ks. Это свидетельствует о отличных способностях поглощения энергии и изоляции вибраций, напрямую отвечая за улучшение характеристик демпфирования резины и решение проблемы высокой динамической жесткости в NR с наполнением углеродным черным.
- Представление данных: многочисленные сравнительные эксперименты последовательно показывают, что добавление AF27 значительно снижает отношение динамической к статической жесткости.
- В тесте системы углеродного черного N330/N774 (35phr) коэффициент Kd/Ks базовой формулы составлял 1,46; после добавления 1,2 phr AF27 это значение снизилось до 1,34.
- В другом тесте с использованием углеродного черного N774 (70phr) коэффициент Kd/Ks базовой формулы составлял 1,49; после добавления 1,0 phr AF27 это значение снизилось до 1,31.
- Комплексные данные показывают, что AF27 может достичь снижения примерно на 20% соотношения динамической и статической жесткости.
- Корреляция механизма и интерпретация характеристик: это значительное улучшение напрямую связано с оптимизацией дисперсии углеродного черного и укреплением межфазного связывания благодаря AF27. Равномерно распределенный углеродный черный образует более однородную и эффективную армирующую сеть, избегая локальных концентраций напряжения. Усиленный интерфейс обеспечивает эффективную передачу напряжения между наполнителем и матрицей, уменьшая дополнительный вклад в динамический модуль, вызванный проскальзыванием интерфейса и эффектом «Пейна». Это делает продукт более «гибким» и «податливым» в динамических условиях, значительно повышая эффективность поглощения ударных нагрузок. Это делает AF27 эффективной добавкой для снижения соотношения динамической и статической жесткости и ключевым материал для улучшения динамических свойств резины, предоставляя способы улучшения демпфирования и снижения жесткости в резиновых деталях.
3.3 Снижение динамического нагрева и потерь гистерезиса
Снижение динамического тепловыделения — еще одно важное преимущество, которое обеспечивает AF27, предоставляя решения по снижению нагрева в амортизаторах из натуральной резины.
- Увеличение упругости отдачи: Упругость отдачи является прямым индикатором способности к эластичному восстановлению и потерь гистерезиса. Экспериментальные данные показывают, что после добавления AF27 упругость отдачи компаунда может значительно увеличиться с 54% до 61% (при условиях отверждения 160°C×12 мин). Улучшение упругости отдачи наглядно подтверждает снижение потерь гистерезиса и диссипации энергии, демонстрируя как снизить гистерезисные потери в резиновых смесях.
- Изменения в динамическом модуле и коэффициенте потерь: Динамический механический анализ (DMA) показывает, что после добавления AF27 динамический запасной модуль (E’) и коэффициент потерь (tanδ) при 60°C обычно демонстрируют тенденцию к снижению. Например, E’ при 0°C снизился с 22,01 МПа до 17,67 МПа, а tanδ при 60°C снизился с 0,098 до 0,080. Это указывает на то, что жесткость материала при рабочей температуре более умеренная, а внутреннее трение — ниже, что естественно приводит к снижению тепловыделения.
3.4 Повышение долговечности и термической стабильности
AF27 эффективно продлевает срок службы продукта, подавляя реверсию и улучшая показатели термического старения. Он действует как противореверсионный агент для натуральной резины и способствует повышению термической стабильности вулканизированной натуральной резины.
- Коэффициент сохранения после термического старения: после 100°C×72 часа горячего воздушного старения компаунд с AF27 показал превосходное сохранение характеристик. Например, его изменение прочности при растяжении составило -22,10%, что лучше, чем у контрольного образца -24,90%; изменение удлинения при разрыве — -34,10%, лучше, чем у контрольного образца -37,90%. Это свидетельствует о том, что AF27 эффективно замедляет скорость деградации характеристик материала при высоких температурах.
- Снижение усадки при сжатии: Усадка при сжатии является важным показателем для оценки долговечности резиновых уплотнений и демпфирующих деталей. Испытания показали, что добавление AF27 снизило усадку при сжатии при условиях 70°C×24ч с 18.09% до 16.09%, что демонстрирует лучшую способность к эластичному восстановлению и антистрессовую релаксацию.
- Косвенное доказательство противореверсионного эффекта: улучшение сохранения характеристик после старения и компрессионный набор косвенно подтверждают повышение термической стабильности сети вулканизации AF27, то есть её отличную противореверсионную способность, делая её эффективным выбором среди Добавки для предотвращения обратной реакции резины.
3.5 Сбалансированное влияние на другие физические и механические свойства
Отличная добавка должна повышать целевые характеристики без ущерба для основных механических свойств материала, способствуя общему улучшению натуральной резиновой смеси.
- Ключевые физические и механические свойства: Экспериментальные данные показывают, что после добавления AF27 твердость смеси (Шор А) остается стабильной или изменяется незначительно; прочность на растяжение и модуль (M100, M300) поддерживаются на исходных уровнях или немного улучшаются; удлинение при разрыве и разрывная прочность также не показывают отрицательного воздействия. Это подтверждает точность действия AF27.
- Изменения в характеристиках вулканизации: добавление AF27 обычно немного ускоряет процесс вулканизации, проявляясь в возможном небольшом сокращении времени зажога (T10) и времени достижения оптимальной вулканизации (T90). Это помогает повысить эффективность производства, но также указывает на необходимость тонкой настройки системы вулканизации в реальных формулах для достижения наилучшего баланса.
IV. Руководство по применению и ключевые моменты процесса
Для обеспечения максимальной эффективности противоусталостного агента AF27 в практических условиях производства необходимо соблюдать следующие основные принципы:
- Целевая система: AF27 специально разработан для натуральной резины (NR) или смесей, где натуральная резина является основным компонентом. Реактивная группа на одном конце молекулы адаптирована к терминальной структуре молекулярных цепей NR, где её эффект наиболее выражен. Он в основном подходит для продуктов с наполнением углеродным черным динамических изделий, таких как демпферы и уплотнительные компоненты. Он служит добавкой для смеси натуральной резины с амортизирующими свойствами и более широко как добавка для системы натуральной резины с углеродным черным.
- Рекомендуемая дозировка: В зависимости от требований к характеристикам продукта, рекомендуемый диапазон добавки составляет 1,0 — 1,8 phr (частей на сто резины). Для продуктов, в основном ориентированных на оптимизацию демпфирующих характеристик (снижение соотношения динамической и статической жесткости и тепловыделения), проверенная и эффективная начальная дозировка составляет 1,2 — 1,5 phr.
- Процесс добавления: критически важен. AF27 должен добавляться во время смешивания в внутреннем миксере, на первой стадии (непродуктивной стадии), вместе с сырой резиной натурального каучука, углеродным черным и другими основными сырьевыми материалами. Это обеспечивает ему достаточную возможность при высоких температурах и высоком сдвиге контактировать и реагировать с молекулярными цепями NR и свежеполоманной поверхностью углеродного черного. Добавление его позже не обеспечит эффективное химическое связывание, что значительно снизит его эффект.
- Формула Синергия: AF27 хорошо совместим с обычными системами вулканизации (акселераторами, сульфидом), антиоксидантами, пластификаторами и т. д. Рекомендуется после введения AF27, основываясь на незначительных корректировках кривой вулканизации и тенденциях в характеристиках, выполнить необходимую тонкую настройку исходной формулы (особенно системы вулканизации) для достижения оптимизации общего показателя.
V. Заключение
Успешное применение антифатагового агента AF27 представляет собой передовой технологический путь для решения конкретных проблем с производительностью в резиновых композитных материалах через точную инженерную настройку молекулярных интерфейсов. Его уникальный механизм «двойного функционального группового связывания» может создавать прочные, стабильные химические мосты между концами молекулярных цепей натурального каучука и активными поверхностями углеродного черного, тем самым кардинально перерабатывая микроструктуру композитного материала с источника.
Систематические экспериментальные данные безоговорочно доказывают, что добавление 1,2-1,5 phr AF27 в систему демпфирования на основе натурального каучука и углеродного черного может достичь:
- Снижения примерно на 20,1 TP3T отношения динамической к статической жесткости (Kd/Ks), значительно оптимизируя характеристики динамического демпфирования;
- Значительного снижения тепловыделения при динамическом режиме, с улучшением упругости более чем на 10,1 TP3T;
- Заметного повышения стабильности при тепловом старении и сопротивляемости компрессионному следу;
- Достижения вышеуказанных показателей при сохранении ключевых механических свойств, таких как базовая прочность на разрыв и твердость, без изменений.
Следовательно, AF27 является эффективным, специализированным решением для систем на основе натурального каучука и углеродного черного, обеспечивая прочную, надежную и подтвержденную технологическую основу для разработки нового поколения высокопроизводительных, долговечных и надежных резиновых демпфирующих изделий (таких как высококлассные автомобильные опоры, демпфирующие подушки для железнодорожного транспорта, опоры тяжелой инженерной техники и т. д.). Он выделяется среди антифатаговых агентов для компаундов на основе натурального каучука и химикатов для резиновых изделий для демпфирования вибраций, и является проверенным добавкой для предотвращения реверсии в натуральном каучуке.
VI. О нас
Антифатигующий агент AF27, описанный в этой статье, тщательно разработан исследовательскими центрами и производственными базами группы SANEZEN. Будучи мировым пионером и лидером производитель химикатов для резины в России и поставщик химикатов для резины в Китае, группа SANEZEN привержена миссии «Обеспечение устойчивого будущего с помощью технологий»“, сосредоточившись на исследованиях, разработке и производстве высокопроизводительных и экологичных резиновых материалов и функциональных добавок.
Опираясь на три крупных технических центра в Шанхае, Анхуе и Чанчжоу, группа создала полноценную инновационную промышленную цепочку, охватывающую от фундаментальных исследований до промышленного применения. Мы стремимся развивать отрасль с помощью материаловедения. Наш портфель продукции включает серию специальных функциональных материалов, таких как антифатигующие агенты, био-наполнители-усилители, наносиликатно-алюминиевые сплавы, углеродные нанотрубки, направленных на предоставление клиентам комплексных решений, повышающих производительность продукции и снижающих экологический след.
Наши современные предприятия обеспечивают стабильное качество и бесперебойные поставки от лаборатории до массового производства. Группа строго придерживается принципов ESG, а продукция соответствует международным стандартам, таким как EU REACH и RoHS, и постоянно продвигает декарбонизацию и экологизацию производственных процессов.
Под руководством двух движущих сил — “Инновации материалов + Совершенствование процессов”, Группа SANEZEN — это не только поставщик передовых материалов, но и надежный партнер в устойчивом развитии резиновой промышленности. Мы с нетерпением ожидаем сотрудничества с коллегами по отрасли для исследования новых границ материаловедения и продвижения резиновой и шинной промышленности к более высокой производительности и устойчивости будущего.
Группа SANEZEN – Ведущие технологии в области резины, Обеспечение устойчивого будущего
Для получения дополнительной информации о AF27 или других функциональных добавках, а также для изучения возможностей сотрудничества, пожалуйста, свяжитесь с нами:
- Тел.: +86 21 6487 9251
- Мобильный/WhatsApp: +86 136 7164 1995 / +86 139 1804 7582
- Электронная почта: yоричен@sanezen.com
- Сайт: www.sanezenрезина.com
Russian 
English 
Spanish