Hydrattua nitriilikumia (HNBR) käytetään pääasiassa sovelluksissa, jotka vaativat dynaamisia ominaisuuksia korkeissa ja matalissa lämpötiloissa ja hyvää vanhenemiskestävyyttä, öljyssä ja nesteessä turpoamisen jälkeen. Öljyissä ja nesteissä turpoamisen jälkeen HNBR:ää käytetään pääasiassa sovelluksissa, jotka vaativat korkeita dynaamisia ominaisuuksia korkeissa ja matalissa lämpötiloissa sekä hyvää vanhenemiskestävyyttä. Tyypillisiä näitä ominaisuuksia vaativia sovelluksia ovat jakohihnat, korkeapaineletkut ja paperirullat. Käytetyt kumituotteet altistuvat erittäin vaativille dynaamisille olosuhteille, ja ne altistuvat usein iskuille laajalla lämpötila- ja taajuusalueella. Tavanomaiset testit, joita käytetään materiaalien dynaamisten ominaisuuksien karakterisointiin, suoritetaan yleensä huoneenlämpötilassa.
Vaikka nämä testit voivat karakterisoida hyvin täyttämättömät materiaalit, mittaukset ympäristön lämpötiloissa eivät heijasta lämpötilan vaikutuksia täyteaineen ja monomeerin vuorovaikutukseen. täyteaineen ja täyteaineen ja polymeerin vuorovaikutus ja niiden vaikutus materiaalin ominaisuuksiin erittäin korkeissa lämpötiloissa. Erityisesti korkean lämpötilan sovelluksiin suunniteltujen polymeerien osalta lämpötilan vaikutuksen ymmärtäminen materiaalin teknisiin ominaisuuksiin on välttämätöntä yhdisteen oikeanlaisen optimoinnin kannalta.
Tässä artikkelissa tutkitaan lämpötilan vaikutusta täytekumien teknisiin ominaisuuksiin keskittyen täyteaineen tyyppiin, sen annostukseen sekä täyteaineen vuorovaikutukseen HNBR:n ja hydratun karboksyloidun nitriilibutadieenikumin (HXNBR) polymeerien kanssa.
Tätä tarkoitusta varten tässä artikkelissa verrataan vahvistavia (N330) ja ei-lujittavia (N990) hiilimustia piidioksidiin (VulcasilN). Piidioksidin pintaa voidaan modifioida sekä passiivisesti (täytepinnan hydrofobinen) että aktiivisesti (täytepinnan hydrofobinen ja sitoutunut polymeeriin). Yhä useammat yhdisteet käyttävät myös monomeerisiä täyteaineita, kuten sinkkidiakrylaattia (ZAD), jota voidaan polymeroida in situ vulkanoinnin aikana materiaalin ominaisuuksien parantamiseksi. Näitä uusia 'täyteaineita' ja niiden vuorovaikutusta polymeerimatriisin kanssa ei ole vielä tutkittu lämpötilasta ja taajuudesta riippuvien ominaisuuksien suhteen. Uusia 'täyteaineita' ja niiden vuorovaikutusta polymeerimatriisin kanssa ei ole tutkittu lämpötilasta ja taajuudesta riippuvien ominaisuuksien suhteen.
Vulkanoitujen ja vulkanoimattomien HNBR-yhdisteiden mekaanisten ja dynaamisten mekaanisten ominaisuuksien perusteella analysoitiin erilaisia täyteaineita (hiilimusta, piidioksidi ja ZDA). ja ZDA) täytetyt standardi HNBR- ja HXNBR-kumit analysoitiin vahvistusominaisuuksien lämpötilariippuvuuden suhteen.
Moduulin lasku lämpötilan noustessa kaikille vulkanoimattomille kumeille (paitsi piidioksidilla täytetty järjestelmä) on seurausta polymeerimatriisin viskositeetin lämpötilariippuvuudesta. Täyteaineen tyyppi jestelmä) on seurausta polymeerimatriisin viskositeetin lämpötilariippuvuudesta. Täyteaineen tyyppi ja määrä sideaineessa määräävät vain vahvistusasteen, eikä sillä ole vaikutusta lämpötilasta riippuvaiseen sideainemoduulin laskuun.
Piidioksidilla täytettyjen liimojen kohdalla piidioksidihiukkasten yhteensulautuminen määrää lämpötilasta riippuvan käyttäytymisen. Jos piidioksidin pintaa käsitellään silikaalkaanikäsittelyllä hydrofobisuuden saavuttamiseksi, piidioksidihiukkasten yhteensulautuminen estyy. Suurilla muodonmuutosamplitudeilla kaikkien hiilimustalla ja piidioksidilla täytettyjen yhdisteiden vahvistusta voidaan kuvata vain hydrodynaamiseksi lujitukseksi.
Jos ZDA:ta käytetään täyteaineena, vulkanoimattomissa kumiyhdisteissä ei havaita vahvistavaa vaikutusta, koska ZDA ei ole vielä polymeroitunut ja toimii vain pienen molekyylimassan pehmittimenä. ZDA:ta sisältävien yhdisteiden viskositeetit olivat alhaiset kaikissa kannoissa, mikä osoittaa hyviä prosessointiominaisuuksia.
Vulkanoidun kumin dynaamisten mekaanisten ominaisuuksien ja jännitys-venymäominaisuuksien vertailu osoitti, että ZDA-täytteisellä HXNBR-kumiseoksella oli suurin täydentävä lujuus ja maksimaaliset mekaaniset ominaisuudet (jännitys ja murtovenymä) vähenivät lämpötilan noustessa kaikille sideaineille. Täytepinnan ja polymeerimatriisin välinen voimakas vuorovaikutus tehostaa lämpötilan vaikutusta lujitusominaisuuksiin. Vaikka ZDA- ja HXNBR-karboksyyliryhmien väliset ionivuorovaikutukset maksimoivat murtumisjännityksen, näillä ionivuorovaikutuksilla ei ollut vaikutusta murtumisjännityksen lämpötilariippuvuuteen. Tämä viittaa siihen, että mekaanisesti stabiilit ionivuorovaikutukset ZDA:n ja funktionalisoidun polymeerimatriisin (HXNBR) välillä ovat edellytys kumimateriaalin erinomaisille mekaanisille ja dynaamisille mekaanisille ominaisuuksille, joilla on alhainen hystereesihäviö dynaamisissa muodonmuutosolosuhteissa.
