كيف يؤثر الكاولين على الخواص الميكانيكية للمطاط

تُستخدم حاليًا مواد مالئة رئيسية في المطاط الصناعي، تشمل الكربون الأسود، والكربون الأسود الأبيض، والسيليكات، والكربونات، ومركبات المعادن، وغيرها. ومع تزايد الاهتمام بحماية البيئة، ارتفعت تكلفة إنتاج الكربون الأسود والكربون الأسود الأبيض. لذا، يُعدّ إيجاد بدائل لهما اتجاهًا تنمويًا هامًا في صناعة المطاط.

تزخر الصين بموارد معدنية من الكاولين، حيث تضم 267 موقعًا مؤكدًا لرواسب معدنية، بالإضافة إلى احتياطيات مؤكدة تبلغ 2.91 مليار طن. وتتميز عملية إنتاج الكاولين بالبساطة وانخفاض التكلفة. يتمتع المطاط الطبيعي بخصائص فيزيائية وكيميائية ممتازة. ويمكن أن يُسهم حشو المطاط الطبيعي بالكاولين في تطوير الموارد في الصين على نحو أفضل، وتعظيم استخدامات المطاط الطبيعي.

درس لي شياو تشينغ وزملاؤه الخصائص الميكانيكية للمركبات المطاطية المدعمة بالكاولين. وتُظهر النتائج التجريبية ما يلي:

(1) مع زيادة نسبة حشو الكاولين، تزداد صلابة المطاط (Shore A)، بينما تنخفض قوة الشد، وإجهاد الشد 100%، وإجهاد الشد 200%، ومعدل الارتداد. عند استخدام 90 جزءًا من الكاولين، تصل كثافة المطاط إلى أقصى حد. وعند استخدام 50 جزءًا من الكاولين، تصل مقاومة التمزق إلى أقصى حد. وفي الوقت نفسه، على الرغم من انخفاض أداء الارتداد، إلا أنه لا يزال يتمتع بمعدل ارتداد مرتفع، مما يمنحه قيمة تطويرية وتطبيقية أكبر.

(2) تبلغ أقصى صلابة شور للمطاط المدعم بالكاولين 52 درجة. وبالمقارنة مع أبحاث باي يانغ وآخرون حول مركبات المطاط الطبيعي المملوءة بالكربون الأسود والكربون الأسود الأبيض، وأبحاث جي تشونمي حول المطاط الطبيعي المدعم بالكربون الأسود، والتي تتراوح صلابتها بين 60 و70 درجة، فإن صلابة المطاط الطبيعي المملوء بالكاولين أقل من صلابة المطاط المملوء بالكربون الأسود الأبيض والكربون الأسود.

(3) في بحث بنغ تشيان تشيان حول تقوية مطاط الستايرين-بوتادين بالكربون الأسود الأبيض، تبين أن مقاومة التمزق تتراوح بين 30 و36 كيلو نيوتن/متر، وقوة الشد بين 14.7 و15.8 ميجا باسكال، وإجهاد الشد الثابت 100% بين 1.1 و3.7 ميجا باسكال. وبالمقارنة، وُجد أن مقاومة التمزق للمطاط الطبيعي المقوى بالكاولين قريبة من مقاومة مطاط الستايرين-بوتادين المقوى بالكربون الأسود الأبيض، بينما تكون قوة الشد وإجهاد الشد الثابت 100% أعلى بكثير.

(4) وجد ياو بينبين أن معدل ارتداد المطاط الطبيعي المدعم بالكربون الأسود الأبيض يتراوح بين 46% و48%؛ بينما وجد هو باولي وآخرون أن معدل ارتداد المطاط المدعم بالكربون الأسود الأبيض يتراوح بين 49% و58%. وبعد المقارنة، تبين أنه حتى عند إضافة 110 أجزاء من الكاولين، يظل المطاط المدعم يتمتع بمرونة عالية، ويصل معدل ارتداده إلى 64%. ويمكن تحسين أداء الارتداد بإضافة الكاولين إلى المطاط، وبالتالي يمكن توفير منتجات مطاطية عالية المرونة للاستخدامات الصناعية.