Gehydrogeneerd nitrilrubber (HNBR) wordt voornamelijk gebruikt in toepassingen die dynamische eigenschappen bij hoge en lage temperaturen en een goede verouderingsbestendigheid vereisen, na zwelling in olie en vloeistoffen. Na zwelling in oliën en vloeistoffen wordt HNBR voornamelijk gebruikt in toepassingen die hoge dynamische eigenschappen vereisen bij hoge en lage temperaturen en een goede verouderingsbestendigheid. Typische toepassingen die deze eigenschappen vereisen zijn tandriemen, hogedrukslangen en papierrollen. De gebruikte rubberproducten worden blootgesteld aan extreem veeleisende dynamische omstandigheden en worden vaak blootgesteld aan schokken over een breed temperatuur- en frequentiebereik. Conventionele tests die worden gebruikt om de dynamische eigenschappen van materialen te karakteriseren, worden over het algemeen uitgevoerd bij kamertemperatuur.
Hoewel deze tests ongevulde materialen goed kunnen karakteriseren, weerspiegelen metingen bij omgevingstemperaturen niet de effecten van temperatuur op de wisselwerking tussen vulmiddel en monomeer. interacties tussen vulmiddel en vulmiddel-polymeer en hun effect op materiaaleigenschappen bij zeer hoge temperaturen. Voor polymeren die specifiek zijn ontworpen voor toepassingen bij hoge temperaturen, is inzicht in het effect van temperatuur op de technische eigenschappen van het materiaal noodzakelijk voor een juiste optimalisatie van verbindingen.
In dit artikel wordt het effect van temperatuur op de technische eigenschappen van gevulde rubbers onderzocht, waarbij de nadruk ligt op het type vulmiddel, de dosering ervan en de interactie van het vulmiddel met HNBR en gehydrogeneerde gecarboxyleerde nitrilbutadieenrubber (HXNBR) polymeren.
Voor dit doel vergelijkt dit artikel versterkende (N330) en niet-versterkende (N990) carbonblacks met silica (VulcasilN). Het oppervlak van silica kan zowel passief (hydrofoob vuloppervlak) als actief (hydrofoob vuloppervlak en gebonden aan polymeer) worden gemodificeerd. Een toenemend aantal verbindingen gebruikt ook monomere vulstoffen, zoals zinkdiacrylaat (ZAD), dat tijdens vulkanisatie in situ kan worden gepolymeriseerd om de materiaaleigenschappen te verbeteren. Deze nieuwe 'vulstoffen' en hun interactie met de polymeermatrix zijn nog niet onderzocht in termen van temperatuur- en frequentieafhankelijke eigenschappen. De nieuwe 'vulstoffen' en hun interactie met de polymeermatrix zijn niet onderzocht in termen van temperatuur- en frequentieafhankelijke eigenschappen.
Op basis van de mechanische en dynamische mechanische eigenschappen van gevulkaniseerde en ongevulkaniseerde HNBR-verbindingen werden verschillende vulstoffen (carbon black, silica en ZDA) geanalyseerd op vulling. en ZDA) gevulde standaard HNBR- en HXNBR-rubbers werden geanalyseerd met betrekking tot de temperatuurafhankelijkheid van de versterkende eigenschappen.
De afname van de modulus bij toenemende temperatuur is voor alle niet-gevulkaniseerde rubbers (behalve het met silica gevulde systeem) een gevolg van de temperatuurafhankelijkheid van de viscositeit van de polymeermatrix. Het type en de hoeveelheid vulstof in het bindmiddel bepalen alleen de mate van versterking en hebben geen invloed op de temperatuurafhankelijke afname van de bindmiddelmodulus.
Bij met silica gevulde lijmen bepaalt de coalescentie van de silicadeeltjes het temperatuurafhankelijke gedrag. Als het silica-oppervlak wordt behandeld met silica-alkaanbehandeling om hydrofobiciteit te bereiken, wordt de coalescentie van silicadeeltjes geremd. Bij grote vervormingsamplitudes kan de versterking van alle met roet en silica gevulde verbindingen alleen als hydrodynamische versterking worden beschreven.
Als ZDA als vulmiddel wordt gebruikt, wordt er geen versterkend effect waargenomen in de niet-gevulkaniseerde rubberverbindingen, omdat ZDA nog niet is gepolymeriseerd en alleen werkt als weekmaker met een laag relatief molecuulgewicht. De ZDA-bevattende verbindingen hadden bij alle stammen een lage viscositeit, hetgeen wijst op goede verwerkingseigenschappen.
Vergelijking van de dynamische mechanische eigenschappen en spanning-op-rek-eigenschappen van het gevulkaniseerde rubber toonde aan dat de ZDA-gevulde HXNBR-rubbercompound de grootste complementaire sterkte had en de maximale ultieme mechanische eigenschappen (spanning en rek bij breuk) voor alle bindmiddelen afnamen met toenemende temperatuur. De sterke interactie tussen het vuloppervlak en de polymeermatrix versterkt het effect van temperatuur op de versterkende eigenschappen. Hoewel ionische interacties tussen ZDA- en HXNBR-carboxylgroepen de breukspanning maximaliseerden, hadden deze ionische interacties geen effect op de temperatuurafhankelijkheid van de breukspanning. Dit suggereert dat mechanisch stabiele ionische interacties tussen ZDA en de gefunctionaliseerde polymeermatrix (HXNBR) een voorwaarde zijn voor uitstekende mechanische en dynamische mechanische eigenschappen van het rubbermateriaal met laag hysteresisverlies onder dynamische vervormingsomstandigheden.
