Ryu, Gyeongchan;Kim, Donghyuk;Song, Sanghoon;Lee, Hyun Hee;Ha, Jin Uk;Kim, Wonho
Elastomers and Composites
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v.56
no.4
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pp.243-249
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2021
The demand for truck bus radial (TBR) tires with enhanced fuel efficiency and wear resistance have grown in recent years. In addition, as the issue of particulate matter and air pollution increases, efforts are being made to reduce the generation of particulate matter. In this study, we investigated the effect of varying the content of butadiene rubber (BR) on the properties of the rubber compounds and the amount of particulate matter in the TBR tire tread compound. Furthermore, we utilized carbon black in the NR/BR blend compounds owing to its excellent compatibility, and we used silica in the ENR-25/BR blend compounds because it can interact chemically with epoxide groups. The NR/BR blend compounds and the ENR-25/BR blend compounds were evaluated by varying their BR content between 20 phr and 30 phr. The results showed that the ENR-25/BR blend compounds had superior wear resistance than the NR/BR blend compounds. This was caused by the interaction between silica and ENR. In addition, it was confirmed that the increased wear resistance as the BR content increased. Furthermore, compared to the NR/BR blend compounds, ENR-25/BR blend compounds exhibited a lower tan 𝛿 value at 60℃ because silica was used as filler. This indicates a higher fuel efficiency. The measurement results for wear particulate matter showed that as increasing the BR content resulted in generation of less wear particulate matter. This was caused by the increased wear resistance. Moreover, the ENR-25/BR blend compounds with excellent filler-rubber interaction exhibited lower quantities of generated wear particulate matters as compared to the NR/BR blend compounds.
Junhwan Jeong;Sanghoon Song;Jin Uk Ha;Daedong Park;Jaeyun Kim;Yeongmin Jung;Donghyuk Kim;Kiwon Hwang;Sungwook Chung;Wonho Kim
Elastomers and Composites
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v.59
no.2
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pp.64-72
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2024
As air pollution continues to increase owing to increasing traffic centered in urban areas, the tire industry is researching methods to reduce particulate matter. In this study, functionalized lithium butadiene rubber (F-LiBR) was applied to a natural rubber (NR)/butadiene rubber (BR) blend compound often used in truck bus radial (TBR) tire treads. The effect of the functional group that can react with carbon black (CB) in BR was investigated in terms of the dispersion of CB and the compound performance, including the generation of particulate matter. Compounds that were substituted with F-LiBR exhibited enhanced interaction with CB, resulting in excellent filler dispersion. Although F-LiBR exhibited lower crosslinking density and inferior abrasion resistance due to its high vinyl content, the compound with 30 phr of F-LiBR was advantageous in terms of its rolling resistance due to the excellent filler dispersion, which was also effective in reducing the amount of generated particulate matter (up to 56% reduction for PM2.5, and 67% reduction for PM10). The results confirmed the benefits of the introduction of functional groups into TBR tire tread compounds, which can aid in improving the fuel efficiency and reducing particulate matter generation.
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.
Kim, Sung-Min;Jang, Mi-Kyeong;Choi, Chang-Yong;Nah, Jae-Woon;Kim, Kwang-Jea
Elastomers and Composites
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v.47
no.1
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pp.23-29
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2012
The silica-silica interaction parameter (${\alpha}_F$) of the silane treated silica filled natural rubber (NR) compound was investigated. As silane (TESPT) concentration increased from 2 to 12% (2, 4, 6, 8, 10, 12%), the ${\alpha}_F$ value increased at the same silica concentration (10, 20, 30, and 40 phr). It seemed the sulfur atoms in TESPT acted as a crosslinking agent in the compound. As silica concentration increased from 10 to 40 phr, the ${\alpha}_F$ value increased at the same silane concentration due to increased silica-silica interaction.
Kim, Sung-Min;Choi, Chang-Yong;Jang, Mi-Kyeong;Nah, Jae-Woon;Kim, Kwang-Jea
Elastomers and Composites
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v.47
no.1
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pp.18-22
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2012
The silica-silica interaction parameter (${\alpha}_F$) of the silane treated silica filled natural rubber (NR) compound was investigated. The measured ${\alpha}_F$ values using mass fraction method following Wolff's theory were compared with volume fraction method. As silica concentration increased, the ${\alpha}_F$ value increased for both methods. The value of ${\alpha}_F$ expressed as volume fraction was higher than that of mass fraction, which resulted in large gaps between ${\alpha}_F$ values. The effect of accelerator (MBT) concentration on ${\alpha}_F$ values was compared.
Rebound, storage and loss modulus, and tan ${\delta}$ were investigated on cured rubbers with various ratios of sulfur to accelerator and the volume fraction of carbon black in the cured rubbers. The rebound was increased as the sulfur to accelerator ratio and the volume fraction of carbon black decreased. The storage modulus decreased as the loading of carbon black and the strain increased regardless of the cure systems. The network structure formed by filler-filler interaction was destroyed above 6% strain regardless of the loading of carbon black, because constant storage modulus was shown at the higher strain than 3% for $40{\sim}50phr$ loading of carbon black and at the higher strain than 6% for 60 phr and above loading of carbon black. Little effect on loss modulus was found at the low loading of carbon black, but the peak of loss modulus was shown at 1% strain as the loading of carbon black was increased. Tan ${\delta}$ increased as the loading of carbon black and the strain were increased regardless of the cure system, and maximum tan ${\delta}$ was shown at 2% strain regardless of the loading of carbon black.
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.
A thiazole type accelerator MBT (2-mercapto benzothiazole) was added into silica filled natural rubber (NR) compound with various concentrations (0, 1, 2, 3, 4 phr). The effects of MBT on the cure rate, mechanical property, degree of rubber-filler interaction (${\alpha}_F$), crosslinking density, and viscoelastic property ($tan{\delta}$) were investigated. As accelerator concentration increased, the $t_{s2}$ and $t_{90}$ decreased and the crosslinking density and modulus at 300% elongation increased. The tensile strength and elongation increased up to 3 phr and no further increased at 4 phr. The $tan{\delta}$ value measured at room temperature was higher than that of the $70^{\circ}C$. The ${\alpha}_F$ value was not affected by the addition of MBT. The mechanisms for the vulcanization rate were reviewed.
1,3-Diphenylguanidine (DPG) is commonly used as a secondary accelerator which not only acts as booster of cure but also activating silanization reaction. The aim of this study is to increase the interaction between silica and rubber by using DPG. In this study, mixing was proceeded in two steps. The T-1 compound is mixed DPG with silica and silane coupling agent in the kneader at high temperature which is named as $1^{st}$ mixing step. T-3 compound is mixed DPG with curatives in the two-roll mill at low temperature which is named as $2^{nd}$ mixing step. The T-2 compound is mixed a half of DPG in $1^{st}$ mixing step and the remainder is mixed in $2^{nd}$ mixing step. Total DPG content was equal for all compounds. When DPG is mixed with silica, silane coupling agent during the $1^{st}$ mixing step, a decrease in cure rate and an increase in scorch time can be seen. This indicates that DPG is adsorbed on the surface of silica. during rubber processing. However, bound rubber content is increased and dynamic properties are improved. These results are due to the highly accelerated silanization reaction. However, there are no significant difference in 100%, 300% modulus.
In this work, the surface properties and mechanical interfacial properties of the carbon blacks treated by oxygen plasma were investigated. The surface properties of carbon black by oxidation process of oxygen plasma were studied in acid-base surface value, zeta potential, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). And their mechanical interfacial properties of the carbon black/rubber composites were evaluated by the composite tearing energy ($G_{III}c$). As a result, it was found that the introduction rate of oxygen-containing polar functional groups, such as carboxyl, hydroxyl, lactone, and carbonyl groups, onto the carbon black surfaces was increased by increasing the plasma treatment time. It revealed that the polar rubber, such as acrylonitrile butadiene rubber (NBR), showed relatively a high degree of interaction with oxygen-containing functional groups of the carbon black surfaces, resulting in improving the tearing energy ($G_{III}c$) of the carbon black/acrlyonitrile butadiene rubber composites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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