Silica-filled rubber compounds show poor filler dispersion and slow cure characteristics compared to carbon black-filled ones. In general, a silica-filled rubber compound contains silane coupling agent (bis-(3-(triethoxysilyl)-propyl)-tetrasulfide, TESPT) and diphenylguanidine (DPG) to improve the filler dispersion and to make fast cure characteristics. Acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) improves the filler dispersion in silica-filled styrene-butadiene rubber (SBR) compounds. In this study, effect of NBR on the properties of silica-filled SBR compounds was investigated. Properties of the compounds which contain NBR without DPG or with small amount of TESPT (Compound A) were compared with those of the compounds which contain TESPT and DPG without NBR (Compound B). Scorch time of Compound A is faster than those of Compound B. Modulus and tensile strength of Comound A are slightly lower than those of Compound B. Traction property of the Comound A is better than that of the Compound B. Addition of NBR leads to reduction of the used amount of TESPT and DPG.
Bifunctional silane (TESPD) is added into silica filled SBR compound and its effects with respect to the vulcanization properties, the processability, and the physical properties are investigated. The addition of the TESPD into silica filled SBR compound increases the degree of crosslinking by formation of a strong 3-dimensional network structure with silica surface via coupling reaction, which results in an improved mechanical property. It also improves the processabilities compared to the Control compound.
The rapid development of the automobile industry is an important factor that led to the dramatic development of synthetic rubber. The tread part of tire that comes in direct contact with the road surface is related to the service life of the tire. Rubber compounds used in tire treads are often blended with SBR (styrene-butadiene rubber) and BR (butadiene rubber) to satisfy physical property requirements. However, when two or more kinds of rubber are blended, phase separation and silica dispersion problems may occur due to non-uniform mixing of the rubber. Therefore, in this study, we synthesized an SBR copolymer with the same composition as that of a typical SBR/BR blend compound by controlling butadiene content during ESBR (emulsion styrene-butadiene rubber) synthesis. Subsequently, silica filled compounds were manufactured using the synthesized ESBR, and their mechanical properties, dynamic viscoelasticity, and crosslinking density were compared with those of the SBR/BR blended compound. When the content of butadiene was increased in the silica filled compound, the cure rate accelerated due to an increased number of allylic positions, which typically exhibit higher reactivity. However, the T-2 compound with increased butadiene content by synthesis less likely to show an increase in crosslink density due to poor silica dispersion. In addition, the T-3 compound containing high cis BR content showed high crosslink density due to its monosulfide crosslinking structure. Because of the phase separation, SBR/BR blend compounds were easily broken and showed similar $M_{100%}$ and $M_{300%}$ values as those of other compounds despite their high crosslink density. However, the developed blend showed excellent abrasion resistance due to the high cis-1,4 butadiene content and low rolling resistance due to the high crosslink density.
Influence of low molecular weight styrene-butadiene rubber (liquid SBR) on properties of a silica-filled styrene-butadiene rubber (SBR) compounds was studied. Viscosity of the silica-filled SBR compound decreased by adding the liquid SBR. The crosslink density decreased and the cure rate became slower as the liquid SBR content increased. The modulus and tensile strength decreased while the elongation at break became longer by increasing the liquid SBR content. The abrasion losses were nearly the same irrespective of the liquid SBR content. This might be due to the improvement of silica dispersion by adding the liquid SBR. Considering the experimental results, it was believed that addition of small amount of the liquid SBR (less than 5 phr) was desirable to improve properties of silica-filled SBR compounds.
In order to investigate the physical properties of rubber blend compound, this experiment was carried out on the cure rate, loss tangent, reinforcement and abrasion properties of S-SBR (solution styrene-butadiene rubber) blends containing silane coupled silica and E-SBR (emulsion styrene-butadiene rubber) blends containing carbon black as a model compound. E-SBR blend showed the highest total bound rubber(TBR), while S-SBR blends showed constant TBR level regardless of rubber type. Rapid cure rate was achieved when the styrene and vinyl content of rubber microstructure decreased and TBR content of rubber compounds increased. The modulus as the index of rubber reinforcement showed the linear relation with TBR content. The large amount of PICO loss was observed when the styrene and vinyl content of rubber microstructure increased, while the small amount of PICO loss was observed when the ratio of bu-tadiene increased in the S-SBR blends with silane copuled silica. The high loss tangent at $0^{\circ}C$, the low loss tangent at $60^{\circ}C$, and the large difference of loss tangent were shown in the S-SBR blends with high styrene content compared to E-SBR blend.
Cure characteristics of non-oil-extended solution SBR (S-SBR_NO) and oil-extended solution SBR (S-SBR_ EO) compounds reinforced with silica/carbon black were investigated. Minimum and maximum torques of S-SBR_ EO compounds were much smaller than those of S-SBR_NO ones. Delta torques of S-SBR_NO compounds were greater than those of S-SBR_EO ones, and that of S-SBR_NO compound increased with increase in the 1,2-unit content. Optimum cure time ($t_{90}$) of S-SBR compound decreased with increase in the 1,4-unit content, whereas it increased with increase in the 1,2-unit content. Cure rate index of S-SBR compound increased with increase in the 1,4-unit content, whereas it decreased with increase in the 1,2-unit content. Comparing cure characteristics of S-SBR_NO and S-SBR_EO compounds with the same 1,2-unit content, $t_{90}$s of S-SBR_EO compounds were longer than those of S-SBR_NO ones and cure rate indices of S-SBR_EO compounds were smaller than those of S-SBR_NO ones.
Park, Jinwoo;Kim, Kihyun;Lim, Seok-Hwan;Hong, Youngkun;Paik, Hyun-jong;Kim, Wonho
Elastomers and Composites
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v.50
no.2
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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.
The effects of zinc surfactant (ZB) on the bis(triethoxysilylpropyl)disulfide (TESPD)-silica mixture in natural rubber (NR) and solution butadiene-co-styrene rubber(S-SBR) were compared with respect to their rheological property, processability, physical properties, and silica dispersion. In the NR compound, addition of the ZB increased the reversion resistance time (T-2), the tensile modulus, and the BO time; however, lowered the viscosity, the HBU, and tans values. In the S-SBR copound, addition of the ZB increased the $tan{\delta}$ values while lowered the T-2, the tensile modulus the BO time, the viscosity, and the HBU of the compound. In the NR compounds, addition of the ZB significantly increased the processability and mechanical property. However, in the S-SBR compounds, it improved the processability the mechanical property was not improved.
Order of reaction, rate constant, activation energy for vulcanization reaction, crosslinking density, and elastic constant of the network produced by sulfur curing were investigated on the SBR/BR blends containing silica and carbon black under same cure system. The reaction order was shown to be first order regardless of filler types. The carbon black filled rubber compounds showed higher rate constant compared to silica filled compounds. But activation energy appeared to be same regardless of filler type and rubber blend ratio. The crosslinking density and elastic constant is higher in the carbon black filled compound compared to silica filled compounds because of strong interaction between rubber and carbon black. On the other hand, crosslinking density and elastic constant were decreased with increasing the butadine rubber content in rubber blends. From the comparison of combined sulfur content in the vulcanized rubber, sulfur content in the silica filled compound become constant 20min later after reaction initiates but sulfur content in the carbon black filled compound become constant 10min later after reaction starts. The silica compound has a longer induction time ($t_2$) and optimum cure time($t_{90}$) compared to those of the carbon black filled compound.
The abrasion resistances of silica-filled styrene-butadiene rubber (SBR) compounds prepared with and without dicyclopentadiene resin (SBR-R and SBR-0, respectively) were studied using four different abrasion testers, namely cut and chip (CC), Lambourn, DIN, and laboratory abrasion tester (LAT100). The effect of the resin on the abrasion behavior was elucidated by analyzing the morphologies and size distributions of wear particles. All the wear particles had rough surfaces, but those obtained in the Lambourn abrasion test exhibited relatively smooth surfaces. The size distributions of the wear particles showed different trends depending on the abrasion tester and the rubber compound; however, most of the wear particles were larger than 1000 ㎛. The SBR-R sample showed a wide range of particle sizes (from 63 ㎛) in the LAT100 abrasion test and majority of the wear particles were 500-1000 ㎛, whereas the SBR-0 sample had the most distribution of larger than 1000 ㎛. The abrasion rates of SBR-0 sample were lower than those of the SBR-R sample for the CC and LAT100 abrasion tests, but the Lambourn abrasion test result showed the opposite trend. Addition of the resin influenced the abrasion behavior, however the effect varied depending on the type of abrasion tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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