Введение
Бутилкаучук, сополимер изобутилена и изопрена, является наиболее распространенным материалом для внутренней трубки велосипедной шины. К его преимуществам относятся относительно низкая цена, длительный срок службы и минимальная утечка воздуха. Для оптимизации свойств, таких как максимальная гибкость и минимальное сопротивление качению, необходимы некоторые добавки в небольшом процентном соотношении. В данном исследовании использованные внутренние трубки велосипедных шин двух разных производителей были проанализированы с помощью ТГА для выявления различий.
Методы и подготовка образцов
Перед измерением образцы разрезали на несколько кусочков small и помещали в открытый тигель из Al2O3. Образцы нагревали в атмосфере азота до 850°C и в атмосфере воздуха от 850°C до 1100°C. Для термогравиметрических исследований использовался NETZSCH TG Libra®, соединенный с QMS Aëolos®. Измерения проводились при условиях, указанных в таблице 1.
Таблица 1: Условия измерений
Масса образца | Производитель A (10,34 мг) | Производитель B (10,06 мг) |
Материал тигля | Оксид алюминия 85 мкл, открытый | |
Температурная программа | от 40°C до 850°C в азоте, от 850°C до 1100°C на воздухе | |
Скорость нагрева | 10 К/мин | |
Атмосфера | Азот, воздух | |
Расход газа | 40 мл/мин | |
QMS | 1 - 300 amu, сканирование на массу: 20 мс |
Результаты и обсуждение
Полученные термограммы представлены на рисунке 1. В инертной атмосфере оба образца демонстрируют три этапа потери массы. Первые две ступени потери массы, между 200 и 500 °C, связаны с разложением резиновой смеси. Вероятно, состав каучука в этих двух образцах был различным, так как были обнаружены несколько разные процентные содержания, а пики скорости потери массы (DTG) были смещены. Третий этап потери массы был вызван разложением карбонатного наполнителя. Поскольку было обнаружено разное изменение массы, вероятно, использовалось разное количество наполнителя.

При температуре выше 850°C воздушная атмосфера вызывает сгорание остаточного углерода. Полученная остаточная масса соответствует содержанию золы. Опять же, между двумя образцами наблюдалась особая разница, указывающая на разное количество оксидных минералов. Содержание золы в образце производителя B было примерно в два раза выше, чем в образце производителя A.
Выделяющиеся газы дополнительно анализировались с помощью квадрупольного масс-спектрометра (QMS), подключенного к газоотводу термобаллонов. При температуре 218°C (214°C) в обоих образцах наблюдалось увеличение массового числа 76, что может быть связано с выделением CS2, остатка вулканизации; см. рис. 2.

Масс-спектры, полученные при 420°C, не имеют существенных различий для обоих образцов, при этом наиболее интенсивным фрагментом является m/z 41; см. рис. 2 и 3a. Измеренные спектры демонстрируют высокое сходство с основным продуктом пиролиза бутилкаучука 1-бутеном1; см. рисунки 3a и 3b.

При температуре 634°C масс-спектрометр обнаружил увеличение m/z 44 для образца производителя B, что подтверждает выделениеCO2 при разложении карбоната. Это указывает на то, что в образце производителя B было использовано большее количество карбонатного наполнителя.
Выделение различных массовых чисел можно легко сравнить с кривой ТГА в масштабе, зависящем от температуры; см. рис. 2.
1 Книга данных пиролиза ГХ/МС синтетических полимеров, Цуге Шин, Охтани Хаджиме, Ватанабе Чуичи, Эльзевир, 2011 г
Резюме
В заключение следует отметить, что ТГА-МС анализ позволяет детально изучить состав двух конкурентных внутренних трубок велосипедных шин. Термобаланс определяет термическую стабильность и позволяет сделать выводы о составе, например, о содержании каучука, наполнителя, углерода и золы. Можно выявить даже самые незначительные различия. Одновременно регистрируемые данные масс-спектрометра облегчают интерпретацию процессов разложения путем идентификации выделяющихся газов. Использование и процентное содержание соответствующих добавок и наполнителей имеет решающее значение для качества шины; например, карбонат кальция оказывает значительное укрепляющее действие как на натуральный, так и на синтетический каучук и может улучшить консистенцию. Он также влияет на динамические свойства резины.