Важным ингредиентом многих резиновых смесей являются наполнители, которые в зависимости от назначения резины вводятся обычно в количествах примерно от 25 до 400 частей на 100 частей каучука.
Хороших физических свойств многих резин, особенно изготавливаемых на основе синтетических углеводородных каучуков, удается добиться лишь в том случае, если вулканизат содержит сажу. Из таблицы мы видим, сколь существенно влияет наполнение сажей на показатель прочности при растяжении ряда резин.
Существует много разновидностей сажи. Одни содержат очень короткие аморфные структуры, другие обладают весьма развитыми регулярными структурами, содержащими слои и фрагменты циклических соединений и графитовых систем. Нередко в сажах присутствуют многие насыщенные кислородом химические группы (в частности, хиноидные). Одни сажи являются основными соединениями, другие - кислотными. Естественно, что площадь поверхности и размеры частиц сажи, а также их распределение по размерам и степень агломерации зависят от способа производства
сажи. Это производство является обязательным дополнением к производству синтетических каучуков.
В процессе вулканизации сажа связывается с каучуком. Даже до вулканизации простую смесь сажи с каучуком невозможно при помощи растворителей полностью разделить на каучук и сажу. Это, по-видимому, объясняется тем, что в процессе приготовления смеси в результате механического разрушения некоторых молекулярных цепей каучука возникают свободные радикалы. Они и являются причиной химического связывания некоторого количества сажи с каучуком.
Таблица. Прочность резин, полученных на основе важнейших эластомеров
| Эластомер | Прочность при растяжении, кг/см2 | |
|
Ненаполненный вулканизат |
Вулканизат с наполнением сажей | |
|
Натуральный каучук |
211 | 281 |
| цис-Полиизопрен* | 211 | 281 |
| цис-Полибутадиен* | 56 | 211 |
| Бутадиенстирольный каучук | 35 | 246 |
| Бутадиеннитрильный каучук | 49 | 281 |
| Полихлоропреновый каучук | 246 | 246 |
| Бутиловый каучук | 176 | 211 |
| Этиленпропиленовый каучук | 35 | 211 |
| Полиакрилатный каучук | 21 | 176 |
| Полиуретановый каучук | 352 | -- |
| Полисилоксановый каучук | 70 | -- |
|
Фторуглеродные эластомеры (например "витон") |
176 | -- |
| Полифторсиликоновый каучук | 70 | -- |
|
Хлорсульфонированный полиэтилен (например "гипалон") |
281 | 246 |
| * С высоким содержанием цис-формы | ||
Влияние сажи на углеводородные каучуки исключительно велико. Аналогичные эффекты, хотя и не столь значительные, наблюдались и с другими веществами, например такими, как специально обработанная двуокись кремния ("белая сажа"). Дело в том, что двуокись кремнияиз-за наличия на ее поверхности гидроксильных групп обладает гидрофильными свойствами, а потому плохо совместима с гидрофобным углеводородным каучуком. Обработка двуокиси кремния окисью пропилена или триметилсилилхлоридом блокирует группы OH, а результате двуокись кремния становится гидрофобной и соответственно более совместимой с каучуком.
Улучшение физических свойств материала с помощью наполнителя называется "усилением" (армированием). Некоторые наполнители не обладают усиливающим действием и могут даже ослабить материал - их добавляют в смесь в целях ее удешевления. К таким "неактивным" наполнителям относится, например, каолин, мел, окись железа.