Hidrogenirana nitrilna guma (HNBR) se v glavnem uporablja v aplikacijah, ki zahtevajo visoke in nizkotemperaturne dinamične lastnosti ter dobro odpornost proti staranju, po nabrekanju v olju in tekočini. Po nabrekanju v oljih in tekočinah se HNBR uporablja predvsem v aplikacijah, ki zahtevajo visoke dinamične lastnosti pri visokih in nizkih temperaturah ter dobro odpornost proti staranju. Tipične aplikacije, ki zahtevajo te lastnosti, so zobati jermeni, visokotlačne cevi in zvitki papirja. Uporabljeni izdelki iz gume so izpostavljeni izjemno zahtevnim dinamičnim pogojem in so pogosto izpostavljeni udarcem v širokem razponu temperatur in frekvenc. Konvencionalni testi, ki se uporabljajo za karakterizacijo dinamičnih lastnosti materialov, se običajno izvajajo pri sobni temperaturi.
Medtem ko lahko ti testi dobro okarakterizirajo materiale brez polnila, meritve pri temperaturah okolja ne odražajo učinkov temperature na interakcijo polnilo-monomer. interakcije polnilo in polnilo-polimer ter njihov vpliv na lastnosti materiala pri zelo visokih temperaturah. Za polimere, zasnovane posebej za visokotemperaturne aplikacije, je za pravilno optimizacijo spojine potrebno razumevanje vpliva temperature na tehnične lastnosti materiala.
V tem prispevku je raziskan vpliv temperature na tehnične lastnosti polnjenih gum, pri čemer se osredotočamo na vrsto polnila, njegovo doziranje in interakcijo polnila s polimeri HNBR in hidrogeniranega karboksiliranega nitril butadien kavčuka (HXNBR).
V ta namen ta članek primerja ojačitvene (N330) in neojačitvene (N990) saje s kremenom (VulcasilN). Površino silicijevega dioksida je mogoče spreminjati tako pasivno (površina polnila je hidrofobna) kot tudi aktivno (površina polnila je hidrofobna in vezana na polimer). Vse več spojin uporablja tudi monomerna polnila, kot je cinkov diakrilat (ZAD), ki jih je mogoče polimerizirati in situ med vulkanizacijo za izboljšanje lastnosti materiala. Ta nova 'polnila' in njihova interakcija s polimerno matriko še niso bila raziskana v smislu lastnosti, odvisnih od temperature in frekvence. Nova 'polnila' in njihova interakcija s polimerno matriko niso bila raziskana v smislu lastnosti, odvisnih od temperature in frekvence.
Na podlagi mehanskih in dinamičnih mehanskih lastnosti vulkaniziranih in nevulkaniziranih HNBR spojin smo za polnilo analizirali različna polnila (saje, silicijev dioksid in ZDA). in ZDA) polnjene standardne HNBR in HXNBR gume smo analizirali glede na temperaturno odvisnost ojačitvenih lastnosti.
Zmanjšanje modula z naraščajočo temperaturo je za vse nevulkanizirane gume (razen za sistem, polnjen s silicijevim dioksidom) posledica temperaturne odvisnosti viskoznosti polimerne matrice. Vrsta in količina polnila v vezivu določata le stopnjo ojačitve in ne vplivata na temperaturno odvisno zmanjšanje modula veziva.
Pri lepilih, polnjenih s kremenom, koalescenca delcev silicijevega dioksida določa obnašanje, odvisno od temperature. Če je površina silicijevega dioksida obdelana s silicijevim alkanom, da se doseže hidrofobnost, je koalescenca delcev silicijevega dioksida zavrta. Pri velikih amplitudah deformacije lahko ojačitev vseh spojin, polnjenih s sajami in silicijevim dioksidom, opišemo le kot hidrodinamično ojačitev.
Če ZDA uporabimo kot polnilo, pri nevulkaniziranih gumijastih zmesih ni opaziti ojačitvenega učinka, ker ZDA še ni polimeriziran in deluje le kot mehčalo z nizko relativno molekulsko maso. Spojine, ki vsebujejo ZDA, so imele nizko viskoznost pri vseh sevih, kar kaže na dobre procesne lastnosti.
Primerjava dinamičnih mehanskih lastnosti in lastnosti napetosti na deformacijo vulkanizirane gume je pokazala, da ima gumijasta zmes HXNBR, polnjena z ZDA, največjo komplementarno trdnost in največje končne mehanske lastnosti (napetost in raztezek pri pretrganju) se zmanjšujejo z naraščajočo temperaturo za vsa veziva. Močna interakcija med površino polnila in polimerno matrico poveča učinek temperature na lastnosti ojačitve. Čeprav so ionske interakcije med karboksilnimi skupinami ZDA in HXNBR povečale lomno napetost, te ionske interakcije niso vplivale na temperaturno odvisnost lomne napetosti. To nakazuje, da so mehansko stabilne ionske interakcije med ZDA in funkcionalizirano polimerno matrico (HXNBR) predpogoj za odlične mehanske in dinamične mehanske lastnosti gumijastega materiala z nizko histerezno izgubo v pogojih dinamične deformacije.
