A hidrogénezett nitrilkaucsukot (HNBR) főként olyan alkalmazásokban használják, amelyek magas és alacsony hőmérsékletű dinamikus tulajdonságokat és jó öregedésállóságot igényelnek, olajban és folyadékban való duzzadás után. Olajokban és folyadékokban történő duzzadás után a HNBR-t főként olyan alkalmazásokban használják, amelyek magas és alacsony hőmérsékleten magas dinamikus tulajdonságokat és jó öregedésállóságot igényelnek. Az ilyen tulajdonságokat igénylő tipikus alkalmazások a vezérműszíjak, a nagynyomású tömlők és a papírtekercsek. A felhasznált gumitermékek rendkívül megerőltető dinamikus feltételeknek vannak kitéve, és gyakran sokféle hőmérséklet- és frekvenciatartományban vannak kitéve ütéseknek. Az anyagok dinamikus tulajdonságainak jellemzésére használt hagyományos vizsgálatokat általában szobahőmérsékleten végzik.
Míg ezek a tesztek jól jellemzik a töltetlen anyagokat, a környezeti hőmérsékleten végzett mérések nem tükrözik a hőmérséklet hatását a töltőanyag-monomer kölcsönhatásra. töltőanyag és töltőanyag-polimer kölcsönhatások és hatásuk az anyagtulajdonságokra nagyon magas hőmérsékleten. A kifejezetten magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz tervezett polimerek esetében a hőmérsékletnek az anyag műszaki tulajdonságaira gyakorolt hatásának megértése szükséges a keverék megfelelő optimalizálásához.
Ebben a cikkben a hőmérséklet hatását vizsgáljuk a töltött gumik műszaki tulajdonságaira, különös tekintettel a töltőanyag típusára, annak adagolására, valamint a töltőanyag kölcsönhatására HNBR és hidrogénezett karboxilezett nitril-butadién gumi (HXNBR) polimerekkel.
Ebből a célból ez a cikk az erősítő (N330) és a nem erősítő (N990) kormot szilícium-dioxiddal (VulcasilN) hasonlítja össze. A szilícium-dioxid felülete módosítható passzívan (töltőanyag felülete hidrofób) és aktívan (töltőanyag felülete hidrofób és polimerhez kötve). Egyre több vegyület használ monomer töltőanyagokat is, például cink-diakrilátot (ZAD), amely a vulkanizálás során in situ polimerizálható az anyagtulajdonságok javítása érdekében. Ezeket az új 'töltőanyagokat' és a polimer mátrixszal való kölcsönhatásukat még nem vizsgálták hőmérséklet- és frekvenciafüggő tulajdonságok szempontjából. Az új 'töltőanyagokat' és a polimer mátrixszal való kölcsönhatásukat nem vizsgálták hőmérséklet- és frekvenciafüggő tulajdonságok szempontjából.
A vulkanizált és nem vulkanizált HNBR vegyületek mechanikai és dinamikus mechanikai tulajdonságai alapján különféle töltőanyagokat (korom, szilícium-dioxid és ZDA) elemeztünk töltelékként. és ZDA) töltött standard HNBR és HXNBR gumikat elemeztünk az erősítő tulajdonságok hőmérsékletfüggése szempontjából.
A modulus csökkenése a hőmérséklet emelkedésével minden vulkanizálatlan gumi esetében (kivéve a szilícium-dioxiddal töltött rendszert) a polimer mátrix viszkozitásának hőmérsékletfüggésének következménye. A kötőanyagban lévő töltőanyag típusa és mennyisége csak az erősítés mértékét határozza meg, és nincs hatással a kötőanyag modulusának hőmérsékletfüggő csökkenésére.
Szilícium-dioxiddal töltött ragasztók esetében a szilícium-dioxid részecskék összeolvadása határozza meg a hőmérsékletfüggő viselkedést. Ha a szilícium-dioxid felületét szilícium-dioxid-alkános kezeléssel kezelik a hidrofóbitás elérése érdekében, a szilícium-dioxid részecskék összeolvadása gátolt. Nagy alakváltozási amplitúdó esetén az összes korom- és szilícium-dioxiddal töltött vegyület megerősítése csak hidrodinamikus megerősítésként írható le.
Ha ZDA-t használnak töltőanyagként, a vulkanizálatlan gumikeverékekben nem figyelhető meg erősítő hatás, mivel a ZDA még nem polimerizálódott, és csak kis relatív molekulatömegű lágyítóként működik. A ZDA tartalmú vegyületek alacsony viszkozitásúak voltak minden törzsnél, ami jó feldolgozási tulajdonságokat jelez.
A vulkanizált gumi dinamikus mechanikai tulajdonságainak és feszültség-húzódási tulajdonságainak összehasonlítása azt mutatta, hogy a ZDA-val töltött HXNBR gumikeverék rendelkezik a legnagyobb komplementer szilárdsággal, és a maximális végső mechanikai tulajdonságok (feszültség és szakadási nyúlás) csökkentek a hőmérséklet emelkedésével az összes kötőanyag esetében. A töltőanyag felülete és a polimer mátrix közötti erős kölcsönhatás fokozza a hőmérséklet hatását az erősítő tulajdonságokra. Bár a ZDA és a HXNBR karboxilcsoportok közötti ionos kölcsönhatások maximalizálták a törési feszültséget, ezek az ionos kölcsönhatások nem voltak hatással a törési feszültség hőmérsékletfüggésére. Ez arra utal, hogy a ZDA és a funkcionalizált polimer mátrix (HXNBR) közötti mechanikailag stabil ionos kölcsönhatások előfeltételei a gumianyag kiváló mechanikai és dinamikus mechanikai tulajdonságainak alacsony hiszterézisveszteséggel dinamikus deformációs körülmények között.
