Hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR) wird hauptsächlich in Anwendungen verwendet, die dynamische Eigenschaften bei hohen und niedrigen Temperaturen und eine gute Alterungsbeständigkeit nach dem Quellen in Öl und Flüssigkeiten erfordern. Nach dem Quellen in Ölen und Flüssigkeiten wird HNBR hauptsächlich in Anwendungen verwendet, die hohe dynamische Eigenschaften bei hohen und niedrigen Temperaturen und eine gute Alterungsbeständigkeit erfordern. Typische Anwendungen, die diese Eigenschaften erfordern, sind Zahnriemen, Hochdruckschläuche und Papierrollen. Die verwendeten Gummiprodukte unterliegen äußerst anspruchsvollen dynamischen Bedingungen und sind häufig Stößen über einen weiten Temperatur- und Frequenzbereich ausgesetzt. Herkömmliche Tests zur Charakterisierung der dynamischen Eigenschaften von Materialien werden im Allgemeinen bei Raumtemperatur durchgeführt.
Während diese Tests ungefüllte Materialien gut charakterisieren können, spiegeln Messungen bei Umgebungstemperaturen nicht die Auswirkungen der Temperatur auf die Füllstoff-Monomer-Wechselwirkung wider. Füllstoff- und Füllstoff-Polymer-Wechselwirkungen und ihre Auswirkung auf Materialeigenschaften bei sehr hohen Temperaturen. Bei Polymeren, die speziell für Hochtemperaturanwendungen entwickelt wurden, ist ein Verständnis der Auswirkung der Temperatur auf die technischen Eigenschaften des Materials für eine ordnungsgemäße Optimierung der Mischung erforderlich.
In dieser Arbeit wird der Einfluss der Temperatur auf die technischen Eigenschaften von gefüllten Kautschuken untersucht, wobei der Schwerpunkt auf der Art des Füllstoffs, seiner Dosierung und der Wechselwirkung des Füllstoffs mit HNBR und hydrierten carboxylierten Nitril-Butadien-Kautschuk-Polymeren (HXNBR) liegt.
Zu diesem Zweck werden in dieser Arbeit verstärkende (N330) und nicht verstärkende (N990) Ruße mit Silica (VulcasilN) verglichen. Die Oberfläche von Kieselsäure kann sowohl passiv (Fülleroberfläche hydrophob) als auch aktiv (Fülleroberfläche hydrophob und an Polymer gebunden) modifiziert werden. Immer mehr Compounds verwenden auch Monomerfüllstoffe wie Zinkdiacrylat (ZAD), die bei der Vulkanisation in situ polymerisiert werden können, um die Materialeigenschaften zu verbessern. Diese neuen „Füllstoffe“ und ihre Wechselwirkung mit der Polymermatrix wurden hinsichtlich ihrer temperatur- und frequenzabhängigen Eigenschaften noch nicht untersucht. Die neuen „Füllstoffe“ und ihre Wechselwirkung mit der Polymermatrix wurden hinsichtlich ihrer temperatur- und frequenzabhängigen Eigenschaften nicht untersucht.
Basierend auf den mechanischen und dynamisch-mechanischen Eigenschaften vulkanisierter und unvulkanisierter HNBR-Compounds wurden verschiedene Füllstoffe (Ruß, Silica und ZDA) zur Füllung analysiert. und ZDA) gefüllte Standard-HNBR- und HXNBR-Kautschuke wurden hinsichtlich der Temperaturabhängigkeit der Verstärkungseigenschaften analysiert.
Die Abnahme des Moduls mit steigender Temperatur ist bei allen unvulkanisierten Kautschuken (mit Ausnahme des mit Silica gefüllten Systems) eine Folge der Temperaturabhängigkeit der Viskosität der Polymermatrix. Die Art und Menge des Füllstoffs im Bindemittel bestimmt lediglich den Grad der Verstärkung und hat keinen Einfluss auf die temperaturabhängige Abnahme des Bindemittelmoduls.
Bei kieselsäurehaltigen Klebstoffen bestimmt die Koaleszenz der Kieselsäurepartikel das temperaturabhängige Verhalten. Wenn die Silica-Oberfläche mit einer Silica-Alkan-Behandlung behandelt wird, um Hydrophobie zu erreichen, wird die Koaleszenz von Silica-Partikeln gehemmt. Bei großen Verformungsamplituden kann die Verstärkung aller mit Ruß und Silikat gefüllten Verbindungen nur als hydrodynamische Verstärkung beschrieben werden.
Wenn ZDA als Füllstoff verwendet wird, wird in den unvulkanisierten Gummimischungen keine verstärkende Wirkung beobachtet, da ZDA noch nicht polymerisiert ist und nur als Weichmacher mit niedriger relativer Molekularmasse wirkt. Die ZDA-haltigen Verbindungen hatten bei allen Belastungen niedrige Viskositäten, was auf gute Verarbeitungseigenschaften hinweist.
Ein Vergleich der dynamischen mechanischen Eigenschaften und der Spannungs-Dehnungs-Eigenschaften des vulkanisierten Gummis zeigte, dass die mit ZDA gefüllte HXNBR-Gummimischung die größte komplementäre Festigkeit aufwies und die maximalen mechanischen Eigenschaften (Spannung und Bruchdehnung) mit steigender Temperatur für alle Bindemittel abnahmen. Die starke Wechselwirkung zwischen der Füllstoffoberfläche und der Polymermatrix verstärkt den Einfluss der Temperatur auf die Verstärkungseigenschaften. Obwohl ionische Wechselwirkungen zwischen ZDA- und HXNBR-Carboxylgruppen die Bruchspannung maximierten, hatten diese ionischen Wechselwirkungen keinen Einfluss auf die Temperaturabhängigkeit der Bruchspannung. Dies legt nahe, dass mechanisch stabile ionische Wechselwirkungen zwischen ZDA und der funktionalisierten Polymermatrix (HXNBR) eine Voraussetzung für hervorragende mechanische und dynamisch-mechanische Eigenschaften des Gummimaterials mit geringem Hystereseverlust unter dynamischen Verformungsbedingungen sind.
