Применение углерод-кремнистого гибридного наполнителя на основе карбонизированных отходов производства риса в протекторной части шины

Abstract

Утилизация агропромышленных отходов является одной из основных экологических проблем. Благодаря наличию кремнезема в некоторых отходах сельскохозяйственных культур, данные материалы можно использовать в различных отраслях промышленности для замены коммерческих продуктов. Целью работы являлось изучение основных технологических, физико-механических и упруго-гистерезисных свойств эластомерных композиций на основе синтетического бутадиен-стирольного каучука, предназначенных для изготовления протекторной части летней легковой шины, при частичной замене (10,0 и 20,0 мас. ч.) высокоусиливающего кремнекислотного наполнителя Экстрасил ВД150 на углерод-кремнистый наполнитель, полученный путем карбонизации в пиролизной печи отходов производства риса при температуре 550–600°С. Определено, что замена Экстрасил ВД150 в дозировке до 20 мас. ч. на углерод-кремнистый наполнитель в протекторных резинах приводит к уменьшению показателя вязкости по Муни до 5,3% и оптимального времени вулканизации до 9,2%, повышению пластической деформации до 7,7% и клейкости резиновых смесей на 31,3–34,4%, снижению модуля потерь и тангенса механических потерь до 24,0 и 14,3% соответственно, увеличению эластичности по отскоку до 6,3% и усталостной выносливости до 2,7 тыс. циклов, а также уменьшению температуры внутри образца до 4,7%. Однако установлено, что применение 20,0 мас. ч. углерод-кремнистого наполнителя вызывает существенное снижение прочностных показателей исследуемых резин (условной прочности при растяжении как до, так и после теплового старения до 27,0%). При этом использование углерод-кремнистого наполнителя в дозировке 10,0 мас. ч. способствует получению резин с комплексом технологических, динамических и эксплуатационных характеристик, незначительно различающихся с показателями промышленной композиции. Таким образом, определена возможность применения углерод-кремнистого наполнителя в дозировке не более 10,0 мас. ч. с обязательной корректировкой содержания вулканизующей группы и пластификатора

Utilization of agro-industrial waste is one of the main environmental problems. Due to the presence of silica in some agricultural waste, these materials can be used in various industries to replace commercial products. The aim of the work was to study the main technological, physical-mechanical and elastic-hysteresis properties of elastomer compositions based on synthetic styrene-butadiene rubber, intended for the manufacture of the tread-running part of a summer passenger car tire, with partial replacement (10.0 and 20.0 wt. parts) of the highly reinforcing silica filler Extrasil VD150 with a carbon-silica filler obtained by carbonization in a pyrolysis furnace of rice production waste at a temperature of 550–600°C. It was determined that the replacement of Extrasil VD150 in a dosage of up to 20 wt. parts. The addition of 20.0 wt. parts of carbon-silica filler to tread rubber reduces the Mooney viscosity by up to 5.3% and the optimal vulcanization time by up to 9.2%, increases plastic deformation by up to 7.7% and the tackiness of rubber compounds by 31.3–34.4%, decreases the loss modulus and mechanical loss tangent by up to 24.0 and 14.3% respectively, increases rebound elasticity by up to 6.3% and fatigue endurance by up to 2.7 thousand cycles, and reduces the temperature inside the sample by up to 4.7%. However, it was found that the use of 20.0 wt. parts of carbon-silica filler leads to a significant decrease in the strength properties of the studied rubbers (conditional tensile strength both before and after thermal aging up to 27.0%). Moreover, the use of carbon-silica filler at a dosage of 10.0 wt. parts results in rubbers with a range of technological, dynamic, and performance characteristics that differ only slightly from those of the industrial composition. Thus, the feasibility of using carbon-silica filler at a dosage of no more than 10.0 wt. parts, with mandatory adjustments to the vulcanizing group and plasticizer content, has been determined