Uwodorniony kauczuk nitrylowy (HNBR) stosuje się głównie w zastosowaniach wymagających właściwości dynamicznych w wysokich i niskich temperaturach oraz dobrej odporności na starzenie, po spęcznieniu w oleju i płynie. Po spęcznieniu w olejach i płynach, HNBR stosuje się głównie w zastosowaniach wymagających wysokich właściwości dynamicznych w wysokich i niskich temperaturach oraz dobrej odporności na starzenie. Typowe zastosowania wymagające tych właściwości to paski rozrządu, węże wysokociśnieniowe i rolki papieru. Zastosowane produkty gumowe poddawane są niezwykle wymagającym warunkom dynamicznym i często są poddawane wstrząsom w szerokim zakresie temperatur i częstotliwości. Konwencjonalne badania stosowane do charakteryzowania właściwości dynamicznych materiałów są zazwyczaj przeprowadzane w temperaturze pokojowej.
Chociaż badania te pozwalają dobrze scharakteryzować materiały niewypełnione, pomiary w temperaturach otoczenia nie odzwierciedlają wpływu temperatury na interakcję wypełniacz-monomer. Oddziaływania wypełniacza i wypełniacza-polimeru oraz ich wpływ na właściwości materiału w bardzo wysokich temperaturach. W przypadku polimerów zaprojektowanych specjalnie do zastosowań wysokotemperaturowych, w celu właściwej optymalizacji związku konieczne jest zrozumienie wpływu temperatury na właściwości techniczne materiału.
W artykule zbadano wpływ temperatury na właściwości techniczne napełnianych kauczuków, koncentrując się na rodzaju napełniacza, jego dozowaniu oraz interakcji napełniacza z HNBR i polimerami uwodornionego karboksylowanego kauczuku nitrylowo-butadienowego (HXNBR).
W tym celu w artykule porównano sadze wzmacniające (N330) i niewzmacniające (N990) z krzemionką (VulcasilN). Powierzchnię krzemionki można modyfikować zarówno pasywnie (powierzchnia wypełniacza hydrofobowa), jak i aktywnie (powierzchnia wypełniacza hydrofobowa i związana z polimerem). W coraz większej liczbie związków wykorzystuje się również wypełniacze monomeryczne, takie jak diakrylan cynku (ZAD), który można polimeryzować na miejscu podczas wulkanizacji w celu poprawy właściwości materiału. Te nowe „wypełniacze” i ich interakcja z matrycą polimerową nie zostały jeszcze zbadane pod kątem właściwości zależnych od temperatury i częstotliwości. Nowe „wypełniacze” i ich interakcja z matrycą polimerową nie były badane pod kątem właściwości zależnych od temperatury i częstotliwości.
Na podstawie mechanicznych i dynamicznych właściwości mechanicznych wulkanizowanych i niewulkanizowanych związków HNBR analizowano pod kątem wypełnienia różne wypełniacze (sadza, krzemionka i ZDA). i ZDA) wypełnione standardowymi kauczukami HNBR i HXNBR analizowano pod kątem zależności właściwości wzmacniających od temperatury.
Spadek modułu wraz ze wzrostem temperatury dla wszystkich kauczuków niewulkanizowanych (z wyjątkiem układu wypełnionego krzemionką) jest konsekwencją zależności lepkości matrycy polimerowej od temperatury. Rodzaj i ilość wypełniacza w spoiwie określa jedynie stopień wzmocnienia i nie ma wpływu na zależny od temperatury spadek modułu lepiszcza.
W przypadku klejów wypełnionych krzemionką koalescencja cząstek krzemionki determinuje zachowanie zależne od temperatury. Jeśli powierzchnia krzemionki zostanie poddana obróbce alkanem krzemionkowym w celu uzyskania hydrofobowości, koalescencja cząstek krzemionki zostanie zahamowana. Przy dużych amplitudach odkształceń zbrojenie wszystkich związków zawierających sadzę i krzemionkę można określić jedynie jako wzmocnienie hydrodynamiczne.
Jeśli jako wypełniacz stosuje się ZDA, w niewulkanizowanych mieszankach gumowych nie obserwuje się efektu wzmacniającego, ponieważ ZDA nie jest jeszcze spolimeryzowany i działa jedynie jako plastyfikator o niskiej względnej masie cząsteczkowej. Związki zawierające ZDA miały niską lepkość we wszystkich szczepach, co wskazywało na dobre właściwości przetwórcze.
Porównanie dynamicznych właściwości mechanicznych i właściwości naprężenia przy odkształceniu wulkanizowanej gumy wykazało, że mieszanka gumy HXNBR wypełniona ZDA miała największą uzupełniającą wytrzymałość, a maksymalne ostateczne właściwości mechaniczne (naprężenie i wydłużenie przy zerwaniu) zmniejszały się wraz ze wzrostem temperatury dla wszystkich spoiw. Silne oddziaływanie pomiędzy powierzchnią wypełniacza a matrycą polimerową wzmacnia wpływ temperatury na właściwości wzmacniające. Chociaż interakcje jonowe między grupami karboksylowymi ZDA i HXNBR maksymalizują naprężenie pękające, te interakcje jonowe nie mają wpływu na zależność naprężenia pękającego od temperatury. Sugeruje to, że mechanicznie stabilne oddziaływania jonowe pomiędzy ZDA i funkcjonalizowaną matrycą polimerową (HXNBR) są warunkiem wstępnym doskonałych właściwości mechanicznych i dynamicznych właściwości mechanicznych materiału gumowego przy niskiej utracie histerezy w warunkach dynamicznego odkształcenia.
