nape³niacz – polimer i gêstoœci usieciowania na w³aœciwoœci fizyczne wulkanizatów SBR

(1)

wulkanizaty SBR

Badanie wp³ywu oddzia³ywañ nape³niacz – nape³niacz,

nape³niacz – polimer i gêstoœci usieciowania na w³aœciwoœci fizyczne wulkanizatów SBR

Krzysztof Potocki*

Czêsto na badane w³aœciwoœci fizyczne wp³yw wywiera wiêcej ni¿ jeden czynnik. W przypadku gumy zawieraj¹cej sadzê aktywn¹ czynnikami wywiera- j¹cymi zasadniczy wp³yw na w³aœciwoœci fizyczne s¹ oddzia³ywania nape³niacz – polimer, oddzia³ywania nape³niacz – nape³niacz oraz gêstoœæ usieciowania.

Wp³yw zespo³u czynników na dan¹ w³aœciwoœæ mo¿na okreœliæ obliczaj¹c wspó³czynnik korelacji wielokrotnej. Z kolei obliczenie wspó³czynników korela- cji cz¹stkowej pozwala stwierdziæ, które czynniki wywieraj¹ wiêkszy wp³yw na zmiany badanej w³aœciwoœci fizycznej. Korelacje cz¹stkowe i wielokrotne obli- czono korzystaj¹c z korelacji Pearsona miêdzy dwiema cechami. Wiarygodnoœæ wyliczonych korelacji Pearsona oszacowano korzystaj¹c z testu t.

S³owa kluczowe: kauczuk butadienowo-styrenowy, oddzia³ywania nape³- niacz-nape³niacz, oddzia³ywania nape³niacz-kauczuk, gêstoœæ usieciowania, korelacja liniowa, korelacja cz¹stkowa, korelacja wielokrotna

Influence of filler-filler interaction, filler- -polymer interaction and crosslinking density on physical properties of SBR vulcanizates

Often, there is more than one factor that influence on physical properties of an investigated object. In case of rubber filled with active carbon black, the main factors that have an effect on properties are: filler – filler interactions, filler – polymer interactions and crosslinking density. The influence of all these factors on a particular property was determined by calculation of multiple correlations. Whereas the influence of a separately factor on a distinguished property in comparision with other factors was determined by calculation of partial correlations. The reliability of Pearson’s correlations that were needed to calculate partial correlations and multiple correlations was determined by test t.

Key words: SBR, filler – filler interactions, filler – polymer interactions, crosslinking density, multiple correlation, partial correlation, Pearson’s corre- lation

1. Wprowadzenie

Do czynników wywieraj¹cych decyduj¹cy wp³yw na w³aœciwoœci fizyczne wulkanizatów nale¿¹: gêstoœæ usieciowania, rodzaj wêz³ów sieci, efekt hydrodynamiczny, oddzia³ywania nape³niacz – polimer, oddzia³y- wania nape³niacz – nape³niacz i zwi¹zany z tym stopieñ dyspersji sk³adników mieszanki [1-3]. Za miarê oddzia³ywañ nape³niacz – polimer przyjmuje siê iloœæ

powstaj¹cego kauczuku zwi¹zanego. Wielkoœæ oddzia³ywañ nape³niacz – nape³niacz w badanych prób- kach gumy mo¿na okreœliæ m.in. na podstawie zmian sk³adowej elastycznej modu³u dynamicznego. W przypadku tej metody sk³adowa elastyczna okreœlana jest dla niewielkiego odkszta³cenia, poniewa¿ wraz ze wzrostem deformacji próbek niszczeniu ulega sieæ przestrzenna nape³niacza w kauczuku. Oddzia³ywania cz¹stek nape³niacza z polimerem oraz oddzia³ywania nape³niacz – nape³niacz mo¿na zmieniaæ w wyniku modyfikacji powierzchni cz¹stek nape³niacza [4].

Czêsto bywa tak, ¿e na badane w³aœciwoœci fizyczne wp³yw wywiera wiêcej ni¿ jeden czynnik. Wp³yw

19

* IIMPiB OZ Elastomerów i Technologii Gumy w Piasto- wie

wulkanizaty SBR

(2)

zespo³u czynników na dan¹ w³aœciwoœæ mo¿na okreœliæ obliczaj¹c wspó³czynnik korelacji wielokrotnej. Wyra-

¿a go nastêpuj¹cy wzór:

R = (1-(1-r²₁₂)(1-r²_13.2)(1-r²_14.23)(1-r²1n.23...n-1))^0,5(1) gdzie:

r1n.23...n-1– wspó³czynnik korelacji cz¹stkowej dla n zmiennych (jednej zmiennej zale¿nej i n-1 zmiennych niezale¿nych)

Wspó³czynnik korelacji wielokrotnej podniesiony do kwadratu (R²) okreœla, w jakim stopniu zmiany war- toœci badanej w³aœciwoœci fizycznej mo¿na wyjaœniæ zmianami czynników, jakie zosta³y uwzglêdnione przy obliczaniu wspó³czynnika korelacji wielokrotnej [5, 6, 7]. Z kolei wspó³czynnik 1- R²okreœla, w jakim stopniu zmiany wartoœci badanej w³aœciwoœci fizycznej mo¿na wyjaœniæ czynnikami innymi ni¿ te, które zosta³y uwzglêdnione przy obliczaniu wspó³czynnika korelacji wielokrotnej.

Wspó³czynnik korelacji cz¹stkowej (dla jednej zmiennej zale¿nej i dwóch zmiennych niezale¿nych) mo¿na obliczyæ ze wzoru:

r_12.3= (r₁₂- r₁₃r₂₃)/((1-r²₁₃) (1-r²₂₃))^0,5 (2) gdzie:

r_xy – wspó³czynnik korelacji liniowej dla dwóch zmiennych

Obliczenie wspó³czynników korelacji cz¹stkowej pozwala stwierdziæ, które czynniki wywieraj¹ wiêkszy wp³yw na zmiany badanej w³aœciwoœci fizycznej.

Zale¿noœæ liniow¹ miêdzy dwiema cechami, po- trzebn¹ do obliczenia wspó³czynników korelacji cz¹stkowej, okreœla wspó³czynnik korelacji Pearsona o wzo- rze:

r_xy= nΣxy-(Σx)(Σy)/((nΣx²-(Σx)²)(nΣy²-(Σy)²))^0,5 (3) gdzie:

x – zmienna niezale¿na y – zmienna zale¿na

W sposób naturalny powstaje pytanie o wiarygod- noœæ obliczonych wspó³czynników korelacji cz¹stko- wych i wielokrotnych. Do obliczenia tych wspó³czynni- ków potrzebne s¹ wartoœci wspó³czynników korelacji liniowej miêdzy dwiema cechami. Za miarê wiarygod- noœci korelacji liniowej miêdzy dwiema cechami przyjê- to prawdopodobieñstwo, ustalone na podstawie testu sta- tystycznego t, ¿e wartoœæ wspó³czynnika korelacji jest istotna. Hipoteza zerowa (H₀) zak³ada, ¿e wartoœæ wspó³- czynnika korelacji nie jest istotna. Hipoteza alternatywna zak³ada sytuacjê odwrotn¹. Przyjêto poziom istotnoœci 0,05 i dwustronny charakter testu. Do weryfikacji hipote- zy zerowej zastosowano nastêpuj¹cy wzór:

t = (r_xy/(1- r_xy²)^0,5) · (n-2)^0,5 (4) gdzie:

n – liczba par

r_xy wspó³czynnik korelacji miêdzy dwiema cechami

2. Czêœæ doœwiadczalna

2.1. Sk³ad mieszanki bazowej

Sk³ad mieszanki bazowej, z której utworzone zosta³y mieszanki zawieraj¹ce sadzê, znajduje siê w tabeli 1.

Tabela 1. Sk³ad mieszanki bazowej

Table 1. Formulation of the base compound

Sk³adniki mieszanki Iloæ sk³adnika, cz.wag.

Kauczuk butadienowo-styrenowy 100

ZnO 5

Stearyna 1,5

Naftolen 4

N-J-butylo-2-benzotiazolilosulfenamid 2

Siarka 2

Do modyfikacji sadzy FW 2, FW 200 i FW 285 u¿yto dietylenotriaminy (DETA), N-2-aminoetylo-3- -aminopropylotrimetoksysilanu (U15) i 3-metakryl- oksypropylotrimetoksysilanu (U511). Silany wyprodu- kowane zosta³y przez Unisil S.A. w Tarnowie, natomiast dietylenotriamina (DETA) dostarczona zosta³a przez Zak³ady Chemiczne „Organika-Sarzyna” S.A.

w Nowej Sarzynie. Modyfikacjê prowadzono stosuj¹c 1 cz. wag. œrodka modyfikuj¹cego na 10 cz. wag. sadzy.

W celu równomiernego pokrycia powierzchni sadzy œrodkiem modyfikuj¹cym mieszano œrodek modyfiku- j¹cy z acetonem w proporcji 1 cz. wag œrodka modyfikuj¹cego na 10 cz. wag. acetonu.

Sposób modyfikacji sadzy

Do kolby kulistej, zawieraj¹cej okreœlon¹ iloœæ sadzy, dodawano odpowiedni¹ iloœæ mieszaniny acetonu i œrodka modyfikuj¹cego. Zawartoœæ kolby zaopatrzo- nej w ch³odnicê i odbieralnik podgrzewano, a po oddes- tylowaniu acetonu modyfikowan¹ sadzê wygrzewano w suszarce pró¿niowej w temperaturze 140^oC, przez 1 h pod ciœnieniem 6 – 8 hPa.

Z mieszanki bazowej utworzono mieszanki zawieraj¹ce 10, 20, 30 i 40 cz. wag. sadzy modyfikowanej oraz mieszanki zawieraj¹ce 10, 20, 30 i 40 cz. wag.

sadzy niepoddanej modyfikacji. Sk³ad mieszanek utworzonych z mieszanki bazowej podano w tabelach 4, 5 i 6.

2.2. Metodyka badañ

Okreœlenie iloœci kauczuku zwi¹zanego w mie- szankach gumowych

W celu okreœlenia iloœci kauczuku zwi¹zanego próbki mieszanki gumowej o masie 0,25 g podzielone zosta³y na 10 czêœci i umieszczone w kolbie zawieraj¹- cej 25 ml ksylenu. Kolba zosta³a nastêpnie zatkana i odstawiona na 72 h do pomieszczenia o temperaturze pokojowej. Po wyjêciu z rozpuszczalnika spêcznione próbki mieszanki gumowej suszono w suszarce pró¿- niowej w temperaturze 40^oC. Zawartoœæ kauczuku zwi¹zanego zosta³a wyznaczana na podstawie badañ termograwimetrycznych (TG) przeprowadzanych wg

20 wulkanizaty SBR

(3)

normy zak³adowej QPB.30/BLC. Wyniki badañ zawar- toœci kauczuku zwi¹zanego w mieszankach SBR przedstawiono w tabelach 3, 4 i 5. Podane w tabelach wyniki badañ dotycz¹ mieszanek zawieraj¹cych 40 cz. wag.

sadzy, poniewa¿ próbki zawieraj¹ce mniejsz¹ iloœæ sadzy rozpuœci³y siê w u¿ytym rozpuszczalniku.

Okreœlenie gêstoœci usieciowania wulkanizatów Gêstoœæ usieciowania okreœlona zosta³a metod¹ pêcznienia równowagowego wg metody stosowanej w Instytucie Przemys³u Gumowego „Stomil”. Wyniki badañ gêstoœci usieciowania przedstawiono w tabelach 3, 4 i 5.

Okreœlenie sk³adowej elastycznej zespolonego modu³u dynamicznego

Sk³adow¹ elastyczn¹ zespolonego modu³u dynamicznego dla odkszta³cenia próbki wynosz¹cego 0,1%

okreœlono w wyniku badañ dynamicznych przeprowa- dzonych na aparacie DMTA firmy Rheometric Scienti- fic. Badania przeprowadzone zosta³y metod¹ rozci¹ga- nia próbek wulkanizatów o gruboœci 0,5 mm i szero- koœci 6 mm. Próbki rozci¹gane by³y z czêstotliwoœci¹ 1 Hz. Wartoœci sk³adowej elastycznej wulkanizatów SBR znajduj¹ siê w tabelach 3, 4 i 5.

2.3. Wyniki badañ

Wyniki badañ gêstoœci usieciowania oraz sk³adowej elastycznej modu³u dynamicznego zwulkanizowanej mieszanki bazowej znajduj¹ siê w tabeli 2. Sk³ad mieszanek zawieraj¹cych sadzê oraz wybrane w³aœci- woœci fizyczne wulkanizatów tych mieszanek podano w tabelach 3, 4 i 5.

Tabela 2. Gêstoœæ usieciowania oraz sk³adowa elas- tyczna modu³u dynamicznego zwulkanizowanej mie- szanki bazowej

Table 2. Cross-linking density and elastic modulus of vulcanizated base compound

W³aciwoci

wulkanizatów jednostka wartoæ

E Pa 2,41

gêstoæ usieciowania ×10e^-4mol/cm³ 1,25

Obliczono wspó³czynniki korelacji liniowej okreœ- laj¹ce zale¿noœæ miêdzy wybranymi w³aœciwoœciami fi-

21

Tabela 3. Sk³ad, gêstoœæ usieciowania, iloœæ kauczuku zwi¹zanego, sk³adowa elastyczna i w³aœciwoœci fizyczne wulkanizatów zawieraj¹cych sadzê FW 2 przed i po modyfikacji silanami i amin¹

Table 3. Formulation, cross-linking density, bound rubber content, elastic modulus and physical properties of vulcanizates filled with FW 2 black before and after modification

Sk³ad mieszanek A1 A2 A3 A4A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14A15 A16 cz.wag.

Kauczuk butadienowo-

-styrenowy 100

ZnO 5

Stearyna 1,5

Naftolen 4

N-J-butylo-2-benzotiazo-

lilosulfenamid 2

Siarka 2

Sadza FW 2 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40

Silan U15 1 2 3 4

Silan U511 1 2 3 4

DE TA 1 2 3 4

W³aciwoci Wytrzyma³oæ na

rozci¹ganie, MPa 3,6 8,7 14,3 16,0 4,5 10,3 18,9 24,9 4,7 7,4 14,4 22,0 4,3 9,6 14,7 20,9 Modu³ 300%, MPa 2,9 4,0 3,7 4,1 3,2 5,0 7,7 8,1 3,4 4,5 7,0 6,7 2,4 3,1 4,6 6,1 Wytrzyma³oæ na

rozdzieranie (próbki

typu Trousers), kN/m 4,4 7,8 11,9 16,4 5,9 8,4 11,1 16 4,2 8,1 12,5 18,7 3,4 6,8 10,5 17,0

E, Pa 3,06 4,51 8,52 15,4 3,34 3,5 7,24 9,71

Gêstoæ usieciowania

×10e^-4mol/cm³ 1,27 1,32 1,14 1,01 1,5 1,69 1,71 1,87 1,46 1,62 1,78 1,76 1,18 1,11 1,18 1,34 Iloæ kauczuku

zwi¹zanego, % wag. 16,7 17,9 16,5 23,7

wulkanizaty SBR

(4)

zycznymi wulkanizatów SBR: wytrzyma³oœci¹ na rozci¹ganie (Stb), wytrzyma³oœci¹ na rozdzieranie (tSt) oraz modu³em 300% (M300) a nastêpuj¹cymi czynnikami: sk³adow¹ elastyczn¹ modu³u dynamicznego (E’) dla wyd³u¿enia 0,1%, gêstoœci¹ usieciowania (g. usieæ.) oraz iloœci¹ kauczuku zwi¹zanego (iloœæ k.).

Do obliczenia wspó³czynników korelacji liniowej na podstawie wyników badañ zamieszczonych w tabelach 3, 4 i 5 przyjêto nastêpuj¹ce za³o¿enia:

1. Przy obliczeniach brano pod uwagê tylko wyniki uzyskane dla sadzy modyfikowanych.

2. Niezale¿nie od rodzaju modyfikacji wszystkie modyfikowane próbki zosta³y potraktowane jak jeden zbiór ze wzglêdu na uzyskanie uzasadnionej statys- tycznie wiarygodnoœci.

3. Wspó³czynniki korelacji obliczone zosta³y dla pró- bek gumy zawieraj¹cych ten sam rodzaj sadzy.

Wyniki obliczeñ zawarte zosta³y w tabeli 6.

W tabeli 7 pokazano, dla których par cech prawdo- podobieñstwo, ¿e wspó³czynnik korelacji miêdzy nimi nie jest istotny, jest mniejsze ni¿ 0,05.

W tabelach 9, 10 i 11 przedstawiono wartoœci wspó³czynników korelacji cz¹stkowej i wielokrotnej dla jednej zmiennej zale¿nej (oznaczonej indeksem 1)

i dwóch zmiennych niezale¿nych (oznaczonych indeksem 2 i 3) oraz wspó³czynników R²oraz 1-R². Z powodu niskiej wiarygodnoœci wspó³czynników korelacji liniowej miêdzy iloœci¹ kauczuku zwi¹zanego a wytrzyma³oœci¹ na rozci¹ganie i rozerwanie oraz modu³em 300%, przy obliczaniu wspó³czynników korelacji cz¹stkowej i wielokrotnej i wspó³czynników R² oraz 1-R²uwzglêdniono wy³¹cznie wspó³czynniki korelacji liniowej miêdzy sk³adow¹ elastyczn¹ i gêstoœci¹ usieciowania a wytrzyma³oœci¹ na rozci¹ganie i rozerwanie i modu³em 300% oraz miêdzy sk³adow¹ elastyczn¹ a gêstoœci¹ usieciowania.

W tabeli 8 przedstawiono wartoœci wspó³czynni- ków korelacji miêdzy sk³adow¹ elastyczn¹ a gêstoœci¹ usieciowania.

Tabela 8. Wartoœci wspó³czynników korelacji miêdzy sk³adow¹ elastyczn¹ a gêstoœci¹ usieciowania.

Table 8. Pearson’s correlation between elastoc modu- lus and cross-linking density

FW 2 FW 200 FW 285

E/g.usiec. 0,85 0,66 -0,1

22

Table 4. Formulation, cross-linking density, bound rubber content, elastic modulus and physical properties of vulcanizates filled with FW 200 black before and after modification.

B1 B2 B3 B4B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14B15 B16 Sk³ad mieszanek, cz.wag.

-styrenowy 100

ZnO 5

Stearyna 1,5

Naftolen 4

lilosulfenamid 2

Siarka 2

Sadza FW 200 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40

Silan U15 1 2 3 4

Silan U511 1 2 3 4

DE TA 1 2 3 4

rozci¹ganie, MPa 5,2 10,2 18,5 26,4 3,9 8,7 15,2 21,0 4,8 7,9 12,9 17,3 5,9 12,8 15,4 17,8 Modu³ 300%, MPa 2,8 4,2 5,7 7,7 5,7 6,7 8,1 2,8 3,9 5,3 6,2 2,7 4,8 6,5 7,2 Wytrzyma³oæ na

typu Trousers), kN/m 3,9 7,5 9,3 11,5 4,0 7,7 11,3 13,9 3,9 7,6 10,7 14,7 4,6 8,0 12,1 21,6 E, Pa 2,42 4,22 4,6 15,6 3,06 4,51 8,52 15,4 2,25 3,99 6,07 9,35 Gêstoæ usieciowania

zwi¹zanego, % wag. 17,8 16,1 16,0 23,5

wulkanizaty SBR

(5)

*

23

Table 5. Formulation, cross-linking density, bound rubber content, elastic modulus and physical properties of vulcanizates filled with FW 285 black before and after modification.

C1 C2 C3 C4C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14C15 C16 Sk³ad mieszanek, cz.wag.

-styrenowy 100

ZnO 5

Stearyna 1,5

Naftolen 4

lilosulfenamid 2

Siarka 2

Sadza FW 285 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40

Silan U15 1 2 3 4

Silan U511 1 2 3 4

DE TA 1 2 3 4

rozci¹ganie, MPa 4,9 12,5 17,9 21,5 3,7 6,4 11,4 20,2 4,1 8,9 15,8 24,9 5,0 12,2 18,9 20,3 Modu³ 300%, MPa 3,2 3,8 3,8 4,1 5,1 8,3 9,0 3,0 4,7 5,3 7,7 3,2 5,1 7,2 9,8 Wytrzyma³oæ na

typu Trousers), kN/m 4,5 10,2 32,2 24,9 4,5 7,1 10,2 12,1 3,3 7,1 8,8 10,7 3,2 7,6 9,5 10,6 E, Pa 2,42 4,22 4,6 15,6 3,06 4,51 8,52 15,4 2,25 3,99 6,07 9,35 Gêstoæ usieciowania

zwi¹zanego, % wag. 14,0 13,5 13,8 17,4

Tabela 6. Wspó³czynniki korelacji liniowej Table 6. Pearson’s correlation factors

Wspó³czynnik korelacji liniowej E/M300 E/Stb E/tSt g.usiec./

M300 g.usiec./

Stb g.usiec./

tSt iloæ k./

M300 iloæ k.

/Stb iloæ k./

tSt

FW 2 0,88 0,95 0,84 0,92 0,9 0,87 0,06 0,11 0,8

FW 200 0,90 0,89 0,80 0,63 0,85 0,43 0,02 -0,21 0,83

FW 285 0,31 0,62 0,34 0,65 -0,03 -0,67 0,46 -0,40 -0,29

Tabela 7. Prawdopodobieñstwo, ¿e wyznaczony wspó³czynnik korelacji nie jest istotny Table 7. Probability of reliability of calculated Pearson’s correlation factors

Prawdopodobieñstwo p., ¿e wspó³czynnik korelacji nie jest istotny E/M300 E/Stb E/tSt g.usiec./

M300 g.usiec./

Stb g.usiec./

tSt iloæ k./

M300 iloæ k.

/Stb iloæ k./

tSt FW 2 mniejsze

ni¿ 0,05 mniejsze

ni¿ 0,05 wy¿sze ni¿

0,05 wy¿sze ni¿

0,05 FW 200 mniejsze

ni¿ 0,05 mniejsze

0,05 wy¿sze ni¿

0,05 FW 285 mniejsze

ni¿ 0,05 mniejsze

0,05 mniejsze

0,05 wy¿sze ni¿

0,05

wulkanizaty SBR

(6)

Tabela 9. Wartoœci wspó³czynników korelacji cz¹stko- wej i wielokrotnej oraz wspó³czynników R oraz 1-R gdy zmienn¹ zale¿n¹ jest wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie Table 9. Multiple correlation, partial correlation, R and 1-R factors. Tensile strength is a dependent va- riable

Wspó³czynnik FW 2 FW 200 FW 285

r12.3 0,81 0,83 0,73

r13.2 0,56 0,77 0,06

R 0,97 0,96 0,73

R² 0,93 0,91 0,54

1-R² 0,07 0,09 0,46

indeks:

1 wytrzyma³oæ na rozci¹ganie, 2 sk³adowa elastyczna, 3 gêstoæ usieciowania

Tabela 10. Wartoœci wspó³czynników korelacji cz¹stko- wej i wielokrotnej oraz wspó³czynników R i 1-R gdy zmienn¹ zale¿n¹ jest modu³ 300%

Table 10. Multiple correlation, partial correlation, R and 1-R factors. 300% modulus is a dependent va- riable

r12.3 0,47 0,83 0,49

r13.2 0,69 0,11 0,72

R 0,94 0,9 0,75

R² 0,88 0,81 0,57

1-R² 0,12 0,19 0,43

indeks:

Tabela 11. Wartoœci wspó³czynnika korelacji cz¹stko- wej i wielokrotnej oraz wspó³czynników R oraz 1-R gdy zmienn¹ zale¿n¹ jest wytrzyma³oœæ na rozdzieranie Table 11. Multiple correlation, partial correlation, R and 1-R factors. Tear strength is a dependent variable

r12.3 0,39 0,76 0,37

r13.2 0,54 -0,22 -0,68

R 0,89 0,81 0,72

R² 0,79 0,66 0,53

1-R² 0,21 0,34 0,47

indeks:

4. Omówienie wyników badañ i wnioski

Przeprowadzone obliczenia wykaza³y (tab. 6), ¿e wartoœæ wspó³czynnika korelacji miêdzy sk³adow¹ elastyczn¹ modu³u dynamicznego a wybranymi w³aœci- woœciami fizycznymi wulkanizatów by³a wysoka (po- wy¿ej 0,6) dla próbek zawieraj¹cych bardziej utlenione sadze FW 2 i FW 200. Wynika to zapewne z wiêkszej sk³adowej polarnej energii powierzchniowej sadzy FW 2 i FW 200 w porównaniu do sadzy FW 285. Podobnie, stosunkowo wysokie wartoœci wspó³czynnika korelacji stwierdzono miêdzy gêstoœci¹ usieciowania a w³aœci- woœciami fizycznymi w przypadku wulkanizatów zawieraj¹cych sadzê o wy¿szej zawartoœci grup funkcyjnych. W przypadku wulkanizatów zawieraj¹cych sadzê FW 2 i FW 200 nie wykazano istotnego zwi¹zku miêdzy iloœci¹ kauczuku zwi¹zanego a modu³em 300%

i wytrzyma³oœci¹ na rozci¹ganie. Z kolei wspó³czynnik korelacji miêdzy iloœci¹ kauczuku zwi¹zanego a wytrzyma³oœci¹ na rozdzieranie wynosi³ w obu przypadkach ponad 0,8.

Z danych przedstawionych w tabeli 7 wynika, ¿e najbardziej wiarygodne s¹ wspó³czynniki korelacji okreœlaj¹ce zale¿noœæ miêdzy sk³adow¹ elastyczn¹ modu³u dynamicznego a w³aœciwoœciami fizycznymi.

Mniej wiarygodne s¹ wspó³czynniki korelacji miêdzy w³aœciwoœciami fizycznymi wulkanizatów a gêstoœci¹ usieciowania. Badaj¹c zale¿noœci miêdzy w³aœciwoœ- ciami fizycznymi a iloœci¹ kauczuku zwi¹zanego stwierdzono, ¿e prawdopodobieñstwo, i¿ wspó³czynnik korelacji nie by³ istotny, by³o w ka¿dym przypadku wiêksze ni¿ 0,05. Niska wiarygodnoœæ wspó³czynni- ków korelacji liniowej miêdzy iloœci¹ kauczuku zwi¹- zanego a wytrzyma³oœci¹ na rozci¹ganie i rozerwanie oraz modu³em 300% wynika z ma³ej liczby próbek kauczuku zwi¹zanego, jakie uda³o siê uzyskaæ do badañ.

Wysokie wspó³czynniki R²(ponad 0,8) dla wulka- nizatów SBR zawieraj¹cych modyfikowane sadze kana³owe o du¿ej zawartoœci grup funkcyjnych, gdy zmiennymi zale¿nymi s¹ wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie i modu³ 300%, pokazuj¹, ¿e zmiany wartoœci wy¿ej wymienionych w³aœciwoœci fizycznych mo¿na w ponad 80% wyt³umaczyæ zmianami oddzia³ywañ nape³- niacz – nape³niacz i gêstoœci usieciowania. Oznacza to,

¿e czynniki te maj¹ z du¿ym prawdopodobieñstwem decyduj¹cy wp³yw na wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie i modu³ 300% w przypadku wulkanizatów SBR zawiera- j¹cych modyfikowane sadze kana³owe o du¿ej zawar- toœci grup funkcyjnych. Jeœli chodzi o wulkanizaty zawieraj¹ce sadzê modyfikowan¹ o ma³ej zawartoœci grup funkcyjnych, wp³yw oddzia³ywañ nape³niacz – nape³niacz i gêstoœci usieciowania na wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie i modu³ 300% by³ wyraŸnie mniejszy w po- równaniu z wulkanizatami zawieraj¹cymi sadzê o du¿ej zawartoœci grup funkcyjnych. Wspó³czynnik R² nie przekracza³ w obu przypadkach 0,6. Oznacza to, ¿e du¿y wp³yw na zmianê tych w³aœciwoœci, oprócz od-

24 wulkanizaty SBR

(7)

dzia³ywañ nape³niacz – nape³niacz i gêstoœci usieciowania, maj¹ najprawdopodobniej równie¿ inne czynniki. Jednym z najwa¿niejszych, spoœród tych dodatko- wych czynników s¹ zapewne oddzia³ywania nape³niacz – polimer.

Badania wykaza³y, ¿e wp³yw oddzia³ywañ nape³- niacz – nape³niacz i gêstoœci usieciowania na zmiany wytrzyma³oœci na rozdzieranie wulkanizatów z sadz¹ FW 2 lub FW 200 by³ mniejszy ni¿ na wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie i modu³ 300%. W przypadku sadzy FW 285 o ni¿szej zawartoœci grup funkcyjnych wp³yw oddzia-

³ywañ nape³niacz – nape³niacz i gêstoœci usieciowania na wytrzyma³oœæ na rozdzieranie by³ podobny jak na wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie i modu³ 300%. Wspó³- czynnik R²dla wulkanizatów z modyfikowan¹ sadz¹ FW 285 wynosi³ ok. 53%.

Jak zosta³o wy¿ej powiedziane, du¿y wp³yw na wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie wywieraj¹ oddzia³ywania nape³niacz – nape³niacz i gêstoœæ usieciowania. Analiza wspó³czynników korelacji cz¹stkowej (tab. 9) wykaza³a, ¿e spoœród tych dwóch czynników wiêkszy wp³yw na wszystkie badane w³aœciwoœci fizyczne mia³y oddzia³ywania nape³niacz – nape³niacz w przypadku wul- kanizatów zawieraj¹cych sadzê kana³ow¹ o najwiêk- szej zawartoœci grup funkcyjnych (FW 200). Badania wulkanizatów zawieraj¹cych pozosta³e gatunki sadzy kana³owej pokaza³y, ¿e oddzia³ywania nape³niacz – nape³niacz maj¹ wyraŸnie wiêkszy wp³yw na wytrzyma-

³oœæ na rozci¹ganie, natomiast na modu³ 300% mniejszy ni¿ gêstoœæ usieciowania.

Ze wzglêdu na zbyt nisk¹ wiarygodnoœæ obliczonych wspó³czynników korelacji liniowej miêdzy iloœ-

ci¹ kauczuku zwi¹zanego a wybranymi w³aœciwoœcia- mi fizycznymi nie mo¿na z wystarczaj¹co du¿ym praw- dopodobieñstwem stwierdziæ, jak du¿y wp³yw na te w³aœciwoœci wywieraj¹ oddzia³ywania nape³niacz – kauczuk. Wymaga³oby to przeprowadzenia dalszych badañ w celu zwiêkszenia iloœci danych. Mo¿na jedy- nie domyœlaæ siê, ¿e w przypadku sadzy o ma³ej zawar- toœci grup funkcyjnych, a zatem o niskiej sk³adowej polarnej energii powierzchniowej, udzia³ oddzia³ywañ nape³niacz – kauczuk na zjawisko wzmocnienia jest du¿y z powodu niskiej wartoœci wspó³czynnika R²dla oddzia³ywañ typu nape³niacz – nape³niacz i gêstoœci usieciowania. Jest bowiem ma³o prawdopodobne, aby inne czynniki, jak np. efekt hydrodynamiczny, mia³y istotny wp³yw na w³aœciwoœci fizyczne wulkanizatów SBR.

Literatura

1. Donnet J.B., Rubber Chem. Technol. 1998, 71, 323 2. Niedermeier W., Frohlich J., Luginsland H.D.,

Kautsch. Gummi Kunstst. 2002,55, No 7/8, 356 3. Wang M-J., Rubber Chem. Technol. 1998, 71, 520 4. Potocki K., Magryta J., Zaborski M., Elastomery

2005,9, nr 3, 10

5. Volk W., Statystyka stosowana dla in¿ynierów, PWN, 250 – 326 (1973)

6. Kopczyñski M., Podstawy statystyki, Wyd. Mówi¹ Wieki, 109 – 164 (2005)

7. Oktaba W., Elementy statystyki matematycznej i metodyka doœwiadczalnictwa, PWN (1974)

25 „Poradnik Technologa Gumy”

„Poradnik Technologa Gumy” stanowi polski przek³ad ksi¹¿ki „Rubber Technologist's Handbook”. Jest to pierwsza tego rodzaju pozycja w jêzyku polskim od czasu wydania w 1981 r. ksi¹¿ki „Guma – Poradnik In¿yniera i Technika”.

Poradnik ten jest przeznaczony dla szerokiego krêgu odbiorców, zarówno praktyków zatrudnionych w zak³adach przemys³u gumowego, projektantów maszyn i urz¹dzeñ oraz obiektów budowlanych, jak i osób, które chc¹ dopiero poznaæ zagadnienia technologii i stosowania gumy. Bêdzie on równie¿ przydatny dla studentów kierunków chemicznych, mechanicznych, budowy maszyn itp.

nape³niacz – polimer i gêstoœci usieciowania na w³aœciwoœci fizyczne wulkanizatów SBR

Badanie wp³ywu oddzia³ywañ nape³niacz – nape³niacz,