Гідрогенізований нітрильний каучук (HNBR) в основному використовується в програмах, які вимагають динамічних властивостей при високих і низьких температурах і гарної стійкості до старіння після набрякання в олії та рідині. Після набрякання в олії та рідинах HNBR в основному використовується в програмах, які вимагають високих динамічних властивостей при високих і низьких температурах і хорошої стійкості до старіння. Типовими сферами застосування, для яких потрібні ці властивості, є зубчасті ремені, шланги високого тиску та рулони паперу. Використовувані гумові вироби піддаються надзвичайно складним динамічним умовам і часто піддаються ударам у широкому діапазоні температур і частот. Звичайні випробування, що використовуються для характеристики динамічних властивостей матеріалів, зазвичай проводяться при кімнатній температурі.
Хоча ці випробування можуть добре охарактеризувати матеріали без наповнювача, вимірювання при температурах навколишнього середовища не відображають впливу температури на взаємодію наповнювач-мономер. взаємодія наповнювача та наповнювача з полімером та їх вплив на властивості матеріалу при дуже високих температурах. Для полімерів, розроблених спеціально для високотемпературних застосувань, розуміння впливу температури на технічні властивості матеріалу є необхідним для належної оптимізації складу.
У цій статті досліджено вплив температури на технічні властивості наповнених каучуків, зосереджуючись на типі наповнювача, його дозуванні та взаємодії наповнювача з полімерами HNBR і гідрованого карбоксильованого нітрилбутадієнового каучуку (HXNBR).
З цією метою в цій статті порівнюються армовані (N330) і неармовані (N990) сажі з кремнеземом (VulcasilN). Поверхню кремнезему можна модифікувати як пасивно (поверхня наповнювача гідрофобна), так і активно (поверхня наповнювача гідрофобна та зв’язана з полімером). Зростаюча кількість сполук також використовує мономерні наповнювачі, такі як діакрилат цинку (ZAD), який можна полімеризувати на місці під час вулканізації для покращення властивостей матеріалу. Ці нові «наповнювачі» та їх взаємодія з полімерною матрицею ще не вивчені з точки зору властивостей, що залежать від температури та частоти. Нові 'наповнювачі' та їх взаємодія з полімерною матрицею не були вивчені з точки зору температурно-частотних властивостей.
На основі механічних і динамічних механічних властивостей вулканізованих і невулканізованих сполук HNBR, різні наповнювачі (технічний вуглець, кремнезем і ZDA) були проаналізовані для наповнення. і ZDA) наповнені стандартні каучуки HNBR і HXNBR були проаналізовані щодо температурної залежності армуючих властивостей.
Зниження модуля з підвищенням температури для всіх невулканізованих каучуків (крім силікатної системи) є наслідком температурної залежності в'язкості полімерної матриці. Тип і кількість наповнювача у в’яжучому лише визначає ступінь зміцнення і не впливає на залежне від температури зниження модуля пружності в’яжучого.
Для клеїв, наповнених кремнеземом, коалесценція частинок кремнезему визначає залежну від температури поведінку. Якщо поверхню кремнезему обробляти алканами кремнезему для досягнення гідрофобності, коалесценція частинок кремнезему гальмується. При великих амплітудах деформації зміцнення всіх технічних і кремнеземних сполук можна описати лише як гідродинамічне зміцнення.
Якщо в якості наповнювача використовується ZDA, у невулканізованих гумових сумішах не спостерігається зміцнюючого ефекту, оскільки ZDA ще не полімеризована і діє лише як пластифікатор з низькою відносною молекулярною масою. Сполуки, що містять ZDA, мали низьку в'язкість для всіх штамів, що вказує на хороші властивості обробки.
Порівняння динамічних механічних властивостей і властивостей напруги при деформації вулканізованої гуми показало, що гумова суміш HXNBR, наповнена ZDA, має найбільшу додаткову міцність, а максимальні кінцеві механічні властивості (напруга та подовження при розриві) зменшуються зі збільшенням температури для всіх сполучних. Сильна взаємодія між поверхнею наповнювача та полімерною матрицею посилює вплив температури на армуючі властивості. Хоча іонні взаємодії між карбоксильними групами ZDA та HXNBR максимізували напругу руйнування, ці іонні взаємодії не мали впливу на температурну залежність напруги руйнування. Це свідчить про те, що механічно стабільні іонні взаємодії між ZDA та функціоналізованою полімерною матрицею (HXNBR) є необхідною умовою для відмінних механічних і динамічних механічних властивостей гумового матеріалу з низькими втратами на гістерезис в умовах динамічної деформації.
