高温動的用途向けの HNBR ゴムコンパウンドの最適化

水素化ニトリルゴム (HNBR) は、油および液体中で膨潤した後、高温および低温での動的特性と良好な耐老化性を必要とする用途に主に使用されます。 油および液体中で膨潤した後、HNBR は主に、高温および低温での高い動的特性と良好な耐老化性を必要とする用途に使用されます。これらの特性が必要な一般的な用途は、タイミング ベルト、高圧ホース、ロール紙などです。使用されるゴム製品は、非常に厳しい動的条件にさらされ、多くの場合、幅広い温度および周波数にわたって衝撃にさらされます。材料の動的特性を特徴付けるために使用される従来の試験は、通常、室温で実施されます。

これらの試験は未充填の材料を十分に特徴付けることができますが、周囲温度での測定は充填剤とモノマーの相互作用に対する温度の影響を反映しません。フィラーおよびフィラーとポリマーの相互作用と、それが非常に高温での材料特性に及ぼす影響。高温用途向けに特別に設計されたポリマーの場合、化合物を適切に最適化するには、材料の技術的特性に対する温度の影響を理解することが必要です。

この論文では、充填剤の種類、その投与量、および充填剤と HNBR および水素化カルボキシル化ニトリルブタジエンゴム (HXNBR) ポリマーとの相互作用に焦点を当てて、充填ゴムの技術的特性に対する温度の影響を調査します。

この目的のために、この論文では強化 (N330) および非強化 (N990) カーボン ブラックとシリカ (VulcasilN) を比較します。シリカの表面は、受動的（フィラー表面が疎水性）と能動的（フィラー表面が疎水性でポリマーに結合）の両方で修飾できます。また、加硫中にその場で重合して材料特性を改善できる、ジアクリレート亜鉛 (ZAD) などのモノマー充填剤を使用するコンパウンドも増えています。これらの新しい「フィラー」およびそれらのポリマーマトリックスとの相互作用は、温度および周波数依存特性の観点からはまだ研究されていません。新しい「フィラー」およびそれらのポリマーマトリックスとの相互作用は、温度および周波数依存特性の観点からは研究されていません。

加硫および未加硫の HNBR コンパウンドの機械的および動的機械的特性に基づいて、充填用のさまざまなフィラー (カーボン ブラック、シリカ、ZDA) が分析されました。および ZDA) 充填標準 HNBR および HXNBR ゴムを、強化特性の温度依存性に関して分析しました。

すべての未加硫ゴム (シリカ充填システムを除く) の温度上昇に伴う弾性率の低下は、ポリマー マトリックスの粘度の温度依存性の結果です。バインダー中のフィラーの種類と量は強化の程度を決定するだけであり、バインダーの弾性率の温度依存性の低下には影響しません。

シリカ充填接着剤の場合、シリカ粒子の合体が温度依存の挙動を決定します。シリカ表面をシリカアルカン処理して疎水化すると、シリカ粒子同士の合一が抑制される。大きな変形振幅では、すべてのカーボン ブラックおよびシリカ充填コンパウンドの強化は、流体力学的強化としてのみ説明できます。

ZDA を充填剤として使用した場合、ZDA はまだ重合しておらず、低相対分子量の可塑剤としてのみ作用するため、未加硫ゴムコンパウンドには補強効果は観察されません。 ZDA 含有化合物はすべての菌株で粘度が低く、良好な加工特性を示しています。

加硫ゴムの動的機械特性とひずみ応力特性を比較すると、ZDA 充填 HXNBR ゴムコンパウンドが最大の相補強度を持ち、最大の極限機械特性 (応力と破断点伸び) はすべてのバインダーで温度の上昇とともに減少することがわかりました。フィラー表面とポリマーマトリックス間の強力な相互作用により、補強特性に対する温度の影響が高まります。 ZDA と HXNBR カルボキシル基間のイオン相互作用は破壊応力を最大化しましたが、これらのイオン相互作用は破壊応力の温度依存性には影響を与えませんでした。これは、ZDA と官能化ポリマーマトリックス (HXNBR) の間の機械的に安定したイオン相互作用が、動的変形条件下でのヒステリシス損失が低いゴム材料の優れた機械的および動的機械的特性の前提条件であることを示唆しています。