We develop a new nonwoven composite separator for a safer lithium-ion battery, which is based on coating of silica ($SiO_2$) colloidal particles/styrene-butadiene rubber (SBR) binder to a poly(ethylene terephthalate) (PET) nonwoven support. The $SiO_2$ particles are interconnected by the SBR binder and closely packed in the nonwoven composite separator, which thus allows for the development of unusual porous structure, i.e. highly-connected interstitial voids formed between the $SiO_2$ particles. The PET nonwoven serves as a mechanical support that contributes to suppressing thermal shrinkage of the nonwoven composite separator. The $SiO_2$/SBR content in the nonwoven composite separators plays an important role in determining their separator properties. Porous structure, air permeability, and electrolyte wettability of the nonwoven composite separators, in comparison to a commercialized polyethylene (PE) separator, are elucidated as a function of the $SiO_2$/SBR content. Based on this understanding of the nonwoven composite separators, the effect of $SiO_2$/SBR content on the electrochemical performances such as self-discharge, discharge capacity, and discharge C-rate capability of cells assembled with the nonwoven composite separators is investigated.
Solution styrene-butadiene rubber (S-SBR) is used to improve the wet grip and rolling resistance properties of tire treads. As blending of SBRs can improve the physical properties of tire treads, we investigated the effects of SBR type and blending ratio on the physical properties. Twelve SBR/SBR biblend composites were prepared using four SBRs with different microstructures. The glass transition temperature (Tg), tanδ at 0℃ (wet grip predictor), and tanδ at 60℃ (rolling resistance predictor) were obtained from dynamic mechanical analysis, and were compared to the expected values obtained from the results of single SBR samples. Most of the SBR/SBR biblend composites exhibited crosslink densities lower than the expected values. The tanδ values at 0℃ and 60℃ of the SBR/SBR blend composites deviated from the expected values, with many of the deviations being disadvantageous. Of the twelve composites, six samples had higher 0℃ tanδ values than the corresponding expected values, and four exhibited superior wet grip properties to those of the SBR single samples. In addition, two of the twelve samples exhibited improved rolling resistance properties as compared with the single SBR samples. Finally, four samples exhibited lower Tg values than expected, and the Tg of one composite was lower than those of the single SBR samples.
Park, Jinwoo;Kim, Kihyun;Lim, Seok-Hwan;Hong, Youngkun;Paik, Hyun-jong;Kim, Wonho
Elastomers and Composites
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제50권2호
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pp.110-118
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2015
In this study, diethylaminoethyl methacrylate-styrene-butadiene terpolymer (DEAEMA-SBR), in which diethylaminoethyl methacrylate (DEAEMA) was introduced to the SBR molecule as a third monomer, was synthesized by cold emulsion polymerization. It is expected that amine group introduced to a rubber molecule would improve dispersion of silica by the formation of hydrogen bond (or ionic coupling) between the amine group and silanol groups of silica surface. The chemical structure of DEAEMA-SBR was analyzed using proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (H-NMR), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), gel permeation chromatography (GPC) and differential scanning calorimetry (DSC). Then, various properties of DEAEMA-SBR/silica composite such as crosslink density, bound rubber content, abrasion resistance, and mechanical properties were evaluated. As a result, bound rubber content and crosslink density of DEAEMA-SBR/silica compound were higher than those of the SBR 1721 composite. Abrasion resistance and moduli at 300% elongation of the DEAEMA-SBR/silica composite were better than those of SBR 1721 composite due to the high bound rubber content and crosslink density. These results are attributed to high affinity between DEAEMA-SBR and silica. The proposed study suggests that DEAEMA-SBR can help to improve mechanical properties and abrasion resistance of the tire tread part.
본 연구에서는 carboxylated SBR latex와 zinc oxide가 SBS 복합재의 내마모성과 debris 특성 개선에 미치는 영향을 관찰하였다. 실리카를 첨가한 SBS 복합재는 실리카 입자간의 수소 결합에 의한 강한 filler-filler interaction으로 인한 낮은 분산성 때문에 기계적 강도, NBS 내마모성, debris 특성이 전체적으로 감소하는 것으로 나타났다. carboxylated SBR latex를 첨가한 SBS 복합재는 carboxyl group과 실리카의 silanol group간의 결합을 통하여 filler-filler interaction이 감소하고 실리카의 분산성이 증가하기 때문에 기계적 강도, NBS 내마모성, debris 특성이 향상되는 것을 확인 하였다. carboxylated SBR latex와 zinc oxide를 동시에 첨가한 경우, carboxyl group에 의한 실리카의 분산성 향상과 더불어 zinc ion과 carboxyl group간의 ion cluster 형성을 통하여 물성이 크게 증가하였다. Zinc ion과 carboxyl group간의 ion cluster 형성은 $1550{\sim}1650cm^{-1}$의 zinc carboxylate group stretch 피크의 FT-IR 분석 결과로 확인하였다. carboxylated SBR latex와 zinc oxide를 첨가한(SC-4) 복합재의 경우, 인장강도 $156kgf/cm^2$, 신장율 936%, 인열강도 59.4kgf/cm의 우수한 기계적 강도를 나타내었으며, NBS 내마모성은 338%로 가장 우수한 특성을 나타내었다. 또한, 표면 마찰 시에 debris 발생 역시 크게 감소하며, 표면 마찰 저항의 증가로 파도 형태의 마모 특성을 나타내었다.
실리카 또는 카본블랙으로 보강된 SBR 가황물의 응력 풀림 거동을 연구하였다. 1,2-단위체 함량이 18과 60 wt%인 두 가지 SBR을 사용하였으며 보강 시스템으로 카본블랙과 실리카에 실란 결합제가 없는 것 그리고 실리카에 실란 결합제가 있는 것 등 세 가지를 사용하였다. SBR 가황물의 응력 풀림 거동은 보강 시스템뿐만 아니라 SBR 종류에 따라서도 달라졌다. 실리카로 보강된 시료는 카본블랙으로 보강된 시료보다 잔류 변형률이 높았다. 실리카로 보강된 가황물의 잔류 변형률은 실란 커플링제를 첨가함으로써 크게 감소하였다. 카본블랙으로 보강된 가황물의 50% 최대 신장에서의 최대 하중은 실리카로 보강된 가황물의 경우보다 낮았다. 이와는 반대로 카본블랙으로 보강된 가황물의 200% 최대 신장에서의 최대 하중은 실리카로 보강된 가황물의 경우보다 높았다. 1,2-단위체 함량이 60 wt%인 시료의 최대 하중은 1,2-단위체 함량이 18 wt%인 시료의 경우보다 보강 시스템에 상관없이 높았다.
The electrical conductivity during vulcanization process was measured as a function of time for the system of TiC loaded styrene-butadiene rubber (SBR) composites. The phenomenon of negative and positive temperature coefficients of conductivity and its conduction mechanism were also studied for the SBR polymeric composites. The current-voltage characteristics of the polymeric composites were non-linear in high voltage and showed a switching effect. The effects of temperature on the thermal conductivity and effective dielectric constant were measured. The measured parameters were found to be dependent on TiC concentration. The electromagnetic wave shielding (EMS) of the SBR-TiC polymeric composite was also examined. The SBR filled with TiC could be expected to be promising novel smart polymeric composites for self-electrical heating, temperature sensor, time delay switching, and electro-magnetic wave shielding effectiveness.
Chitosan-polyvinyl alcohol (PVA) -bamboo charcoal/silica (CS-PVA-BC/SI) hybrid fillers with compatibilized styrene-butadiene rubber (SBR) composites were fabricated by the interpenetrating polymer network (IPN) method. The structure and composition of the composite samples were characterized by scanning electron microscope (SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The viscoelastic behaviors of the rubber composites and their vulcanizates were explored using a rubber processing analyzer (RPA) in the rheometer, strain sweep and temperature sweep modes. The storage and loss moduli of SBR increased significantly with the incorporation of different hybrid fillers, which was attributed to the formation of an interphase between the hybrid fillers and rubber matrix, and the effective dispersion of the hybrid fillers. The mechanical properties (hardness, tensile strength, oxygen transmission rate, and swelling rate) of the composite samples were characterized in detail. From the results of the mechanical test, it was found that BC-CS-PVA0SBR had the best mechanical properties. Therefore, the BC-CS-PVA hybrid filler provided the best reinforcement effects for the SBR latex in this research.
고무-섬유로 이루어진 고무복합체 제조공정을 단순화하기 위한 직접블렌딩 기술을 본 연구에서 제시하였다. 직접블렌딩 방법은 레소시놀, 헥사메틸테트라민, NaOH로 이루어진 결합체를 고무혼합물 배합공정에 직접 혼합하여 보강섬율의 접착제 처리공정을 생략할 수 있는 방법이다. 이러한 직접블렌딩 메커니즘을 규명하기 위해 결합체를 직접 고무혼합물에 블렌딩한 경우와(Case I) 결합체를 수용액 상에서 반응시켜 경화물을 얻은 후 이를 분쇄하여 고무혼합물에 배합하는 경우를(Case II) 비교하였다. 모폴로지 분석결과에 의하면 Case II의 경우 결합체와 매트릭스 고무 사이에 뚜렷한 계면이 발생하였지만, Case I의 경우 적절한 가공조건 아래서 결합제와 매트릭스 고무 사이의 반응에 의해 새로운 상이 생성됨을 알 수 있었다. 또한, SBR-나일론 고무복합체의 최적 성능을 위한 결합제의 최적 조성은 레소시놀과 헥사메틸렌테트라민의 mole비가 1.2:1인, 즉 레소시놀과 포름알데히드의 mole비가 1:5인 조성이었다.
The purpose of this study is to investigate the reinforcement of inorganic filler silica, treated by MDI about SBR vulcanizate. The characteristics of vulcanization, physical properties, surface properties and dynamic properties were investigated after mixing those silica with SBR and unmodified silica with SBR. In this experiment only the quantity of silica was variable. In the vulcanization characteristics tested by rheometer, S-series showed the fastest scorch $time(t_{10})$ and optimum cure $time(t_{90})$. And in test or tensile characteristics hardness, tensile strength, 100%, 300% modulus and elongation were all appeared in the order of M>S-series. The characteristic bonding of urea between unmodified silica and MDI could be confirmed in IR spectrum. The shapes of silicas treated chemically were observed by SEM. And the dispersion of the filler in the SBR composite was uniform. In the dynamic characteristics by the RDS, the order of elastic modulus G' values was as follows : M>S-series, and also the order of damping values was as follows : M>S-series.
The characteristics of all polymer composites containing carbon materials are determined by four factors: component properties, composition, structure and interfacial interactions. The most important filler characteristics are particle size, size distribution, specific surface area and particle shape. As a consequence, in this paper we discuss the aspects of the mechanical, electrical and thermal properties of composites with different fillers of carbon black, carbon nanotube (CNT), graphene and graphite and focus on the relationship between factors and properties, as mentioned above. Accordingly, we fabricate rubber composites that contain various carbon materials in carbon black-based and silica based-SBR matrixes with dual phase fillers and use scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, a rhometer, an Instron tensile machine, and a thermal conductivity analyzer to evaluate composites' mechanical, fatigue, thermal, and electronic properties. In mechanical properties, hardness and 300%-modulus of graphene-composite are sharply increased in all cases due to the larger specific surface. Also, it has been found that the thermal conductivity of the CNT-composite is higher than that of any of the other composites and that the composite with graphene has the best electrical properties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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