如何描述轮胎填充物吗

尽管被认为是低技术含量的商品,轮胎是高度设计结构复合材料。

轮胎经常包括多达20个不同的橡胶化合物有几种类型的微观结构,专门设计用于提供不同程度的控制和牵引。填料也添加到主聚合物基质强化橡胶。

最优,均匀分散填料保持更高的材料质量是一个关键因素。降低或减少材料质量是轮胎故障的常见原因

有必要采用能谱等分析技术理解失败的根本原因,但从背散射电子图像获得材料对比不足以区分不同的材料在轮胎随处可见。欧洲杯足球竞彩

本文还探讨了现场定量元素分析的潜力Axia ChemiSEM——一个高效和简单的描述这个数组的填充物,尽管他们相似成分的对比。

轮胎设计提供一贯高绩效和增强的安全特性数千公里的使用,同时在广泛的条件下操作。

轮胎的胎面(部分接触的道路)分离和轮胎老化列出最常见的轮胎故障发现在常规分析。

这些失败的原因通常是相关的材料或制造缺陷——直接或间接。橡胶混合物往往随着时间自然发硬,用这种老化导致减少橡胶弹性部件,即使轮胎不在使用。

天然和合成橡胶的主要原材料用于轮胎制造。欧洲杯足球竞彩确保适当的强度,韧性和耐磨性能,橡胶制品通过添加补强填料改性橡胶化合物。

填料最初介绍了减少产品的最终成本,但橡胶制造技术最近看到越来越多的选择性研究填料由于其能力增强不同复合的特征,根据其特定的化学成分。¹

具体填料可以提高产品的耐用性,降低其成本,提高其加工性能在整个制造过程。

补强填料通常占40%以上的整个轮胎化合物和中央轮胎的弹性效率和减少老化,这可能会导致后续的失败。

负责性能的参数是橡胶填料分散矩阵。因此,提高填料分散会导致改善polymer-filler交互和后续改进轮胎的滚动阻力和材料的弹性行为。

方法

选择的解决方案不同添加剂的特性及其分散在聚合物基质中包括扫描电子显微镜(SEM)和背散射电子成像(BSE)和能量色散x射线能谱(EDS)。

BSE图像通常被视为获取成分信息的最直接的手段。

这是由于对比与BSE图像与原子序数的变化——这将很容易分化的关键因素的橡胶矩阵(低原子序数)无机粒子(原子序数较高)通常用作填料。欧洲杯猜球平台

多样的材料用于当代轮胎工业需要使用EDS分欧洲杯足球竞彩析来区分不同的元素。

传统的EDS表征是昂贵的,然而,复杂,通常缓慢。这种方法需要丰富的经验和知识来正确设置参数和数据采集系统,这使得许多用户效率低下和不切实际的。

本文概述了使用的轴向ChemiSEM轮胎截面特性不同的填料。

轴向ChemiSEM是一个全新的平台,旨在提供一个极其有效的能谱的用户体验。它的主要功能——生活定量元素映射,有效地解决了传统EDS以前讨论的局限性。

分析

传统的失效分析工作流程将使用显微分析确定故障的根本原因,首先采用低放大分析描述感兴趣的标本和识别潜在的地区。

一个大视场扫描电镜图像获得使用轴向ChemiSEM的导航蒙太奇为此准备的截面。导航SEM的蒙太奇是一个内置的函数,使导航在大样本快速和容易。

这部小说功能可用于自动收集许多相邻的图像,快速生成一个大规模样本的概述。¹

图1所示。19 x19瓷砖蒙太奇。合计≈收购时间15分钟。Acc电压20 keV,电子束电流0.94 nA、低真空(30 Pa)。图片来源:热费希尔科学,电子显微镜的解决方案

较高的放大倍数是必要的评估关键微地形特征,例如,各种填料的分散及其分布在不同的层。

最常用的填料在橡胶技术炭黑,氧化锌。

炭黑也许是最长期的和流行的补强剂,但这不再是首选的解决方案由于其对环境的不利影响和趋势在橡胶凝聚的矩阵。

氧化锌是第二个最丰富的胎面橡胶材料矩阵。这提供了一个范围的优势在橡胶化合物作为添加剂使用。

这是一个关键因素——随着硫——因为它促进硫化的过程(轮胎养护减少了时间影响的长度和数量的交联橡胶矩阵)。其导电性也有助于消除一些轮胎运动期间所产生的热量。

图2。上表面(踏板)。Acc电压20 keV,电子束电流0.48 nA。图片来源:热费希尔科学,电子显微镜的解决方案

在这里给出的例子中,一个初始特征的填料和添加剂是由筛选这些轮胎的上层(图2)。其他的分析也进行一些可见的对象。

常规扫描电镜成像会话中工作时,轴向ChemiSEM提供了一个快速、全面了解对象的组合。它也能够无缝地提供所有必需的化学信息而不需要调整收购条件或改变方法。

图3。二次电子和背散射电子图像的锌氧化物粒子集群。欧洲杯猜球平台Acc电压20 keV,电子束电流0.48 nA,收购时间40年代。图片来源:热费希尔科学,电子显微镜的解决方案

图3显示了一个集群的氧化锌颗粒。欧洲杯猜球平台直观的图形用户界面的轴向ChemiSEM允许操作员同时获得不同的信号来增加可用的信息量。

二次电子图像提供了地形信息和确认粒子嵌入(左图),而背散射电子图像证实了粒子有一个原子序数高于周围的橡胶化合物(右图)。欧洲杯猜球平台

轴向ChemiSEM提供的现场定量映射是完全集成在SEM的用户界面。这个关键特性允许x射线连续获得和处理,即使在生活成像或收购。

图4。Axia ChemiSEM用户界面集成生活定量元素映射。它显示了定量元素图像在收购过程中,区域获得的光谱,元素周期表选择/取消选择感兴趣的元素。图片来源:热费希尔科学,电子显微镜的解决方案

一个简单的点击所需要的显示定量元素地图(图4)。

图5。定量元素图片,显示从左到右分别显示所有元素,锌分布和氧。一些disuniformities分布可能是由于阴影。图片来源:热费希尔科学,电子显微镜的解决方案

在相同的收购(40秒这一地区的利益),可以选择特定元素或者去掉的时候更好地强调他们的分布(图5),定位和针对不同的填料成分更详细的分析。

图6。背散射电子图像显示的位置,另一种类型的填料。图片来源:热费希尔科学,电子显微镜的解决方案

图6证实存在的另一个丰富的填料在胎面(轮胎断面的上部),非常接近轮胎的外表面。

图7。背散射电子图像和一套完整的定量元素图像显示,在右上角的形象,所有元素出现在ROI(包括C、O和S)。最后两个图像显示Al和Si分布的粒子。Acc电压20 keV,电子束电流0.94 nA,收购时间≈100年代。注意,元素分布和相关的图像取得了仅使用一个图像采集。图片来源:热费希尔科学,电子显微镜的解决方案

元素分布和数量信息可以通过收购获得定量元素粒子图像和执行一个点分析。

元素	原子%	原子百分比误差
C	28.6	0.2
O	52.0	0.2
艾尔	12.4	0.0
如果	6.8	0.0
年代	0.2	0.0

图8。点分析了60年代。平均计数率≈3000 cps。图片来源:热费希尔科学,电子显微镜的解决方案

点分析,这里给出的例子(图8)显示样本的内容是Si的两倍。这一信息,结合定量元素图像提供的信息表明,这个粒子是铝硅酸盐填料(Al₂SiO₅)。

这些填料合成添加剂经常用于轮胎履带增强复合强度,提高轮胎的力学性能。大量的氧气和较高比例的碳可以分配给下面的橡胶粒子所产生的信号。

当填料通常用于巩固和加强橡胶结构,其中有一些已经被归类为semi-reinforcing或non-reinforcing填充物²因为他们没有被设计来提高力学性能。

一系列的这些“非填料”被发现在橡胶组件,包括碳酸钙、粘土、滑石和沉淀二氧化硅。

这里给出的特征提供碳酸钙和滑石粉的例子,分别。他们的化学成分和性质已经分配给这些特定的材料通过ChemiSEM技术快速、准确。欧洲杯足球竞彩

下面的图片中获得橡胶层踏板下面层,观察不同的化合物显示大量的填料碳酸钙。

图9。分层填充。从左,背散射电子图像,ChemiSEM图像与当前元素选择、定量元素图像显示Ca分布的粒子。Acc电压20 keV,电子束电流0.48 nA,收购时间40年代。图片来源:热费希尔科学,电子显微镜的解决方案

30秒的角度分析中心的粒子,揭示等量的Ca和C和氧气的数量的三倍。

图10。用户界面的局部视图显示的点分析已获得和相关的量化。Acc电压20 keV,电子束电流0.48 nA, 5000 cps,收购时间30年代。图片来源:热费希尔科学,电子显微镜的解决方案

这证实这是正确的分配碳酸钙(CaCO₃)——一种无机化合物列为semi-reinforcing填料由于其最小能力增强整个橡胶化合物的力学性能。

CaCO₃增加产品的体积,减少所需的更昂贵的天然橡胶。

也提高了特征如最终材料硬度、耐磨和耐热性。这些因素,以及其成本效益的自然- CaCO₃作为一个长期,受欢迎的材料在塑料和橡胶制造。

图11。CaCO₃粒子。Ca分布(左)和O(右)。收购时间40年代。图片来源:热费希尔科学,电子显微镜的解决方案

图11中提供了一个示例调查其他粒子的成分相似,但不同的形状。欧洲杯猜球平台

含水的镁硅酸盐通常被称为天然矿物滑石(毫克₃如果₄O₁₀(哦)₂)。这种类型的填料被用于橡胶工业40多年——不是在胎面橡胶化合物,但在轮胎的内部层,它提供了更高的撕裂强度。

因此,滑石是一个至关重要的因素在一个轮胎的整体韧性和耐久性。

图12。氧、镁和硅富填充物。图像的集合被仅仅获得了一次保存传统的灰度图像,然后打开住定量元素分析和选择或取消选择不同的元素来突出他们的分布。图片来源:热费希尔科学,电子显微镜的解决方案

图12显示一组完整的定量元素地图,突显出许多集群添加剂发现之一subtread undertread。

成像填料强调这些粒子的形态状外观,而晶体习性的组合动态信息和定量元素信息传递在图像采集过程中允许将这些自信地欧洲杯猜球平台归类为滑石。

也点分析来得到一种改进的理解所涉及的数量。频谱图13所示显示小山峰锌和年代,源于橡胶矩阵或相对较高的氧化锌颗粒周围的RoI。欧洲杯猜球平台

高加速电压——例如,20 keV,生成一个交互量,还包括一个信号从周边地区感兴趣的点。

量化验证了Mg:如果比是3:4 -相同的比率在滑石。氧气被发现略高,这可能是由于氧气的存在信号从橡胶。

元素	原子%	原子百分比误差
C	38.4	0.2
O	44.5	0.2
年代	0.3	0.0
锌	0.3	0.0
毫克	7.5	0.0
如果	9.0	0.0

图13。点分析的滑石颗粒所引起的光谱和相关的量化。Acc电压20 keV,电子束电流0.48 nA,收购时间60年代。图片来源:热费希尔科学,电子显微镜的解决方案

结论

轮胎故障通常是与不同的填充物不均匀分散。SEM和EDS的贡献,是一个重要的工具在更好地理解失败的根本原因。

本文演示了充分识别的具有挑战性的任务分配和填充材料在轮胎的身份,强调这个任务是怎样制成的更有效的通过定量成像和分析与生活欧洲杯足球竞彩轴向ChemiSEM。

填充材料的例子欧洲杯足球竞彩是正确识别,而他们的分布很容易观察到由于轴向ChemiSEM的样例中心性分析工作流。

引用

1. 布鲁尔,c . s . (2006)。充气轮胎。美国答:美国交通部、国家公路交通安全管理局。
2. 罗伊·K·d·s . (2019)。在利用各种评论强化在填充橡胶复合材料修饰符。《弹性体和塑料、。卷52 (2),167 - 193。doi: 10.1177 / 0095244319835869

这些信息已经采购,审核并改编自热费希尔科学所提供的材料,电子显微镜的解决方案。欧洲杯足球竞彩

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