Cure characteristics and physical properties of carbon black-filled natural rubber (NR) compounds depending on the mixing procedure were studied using the compounds with different pre-final mixing (FM-1) stages. Carbon master batch (MB) and first and second remitting (1RM and 2RM) stages were employed as the FM-1 stage. Bound rubber content of the FM compound decreased with increasing the mixing steps. This was due to the decrease of the molecular weight distribution of the polymer by the rubber chain scission during the mixing. The Mooney viscosity decreased with increasing the mixing steps. Cure characteristics of the compounds were found to be different with the mixing procedures. The cure times of the compound became slower by increasing the number of the mixing steps. This was explained by the length of rubber chain, the carbon black network, distribution of the curatives in the compound, and immobilization of the polymeric segments. Modulus and tensile strength of the vulcanizate did not show a specific trend with the mixing procedure. Fatigue life of the vulcanizate increased by increasing the mixing stages.
In this study, epoxidized liquid isoprene rubber (E-LqIR) was used as a processing aid in a silica-filled natural rubber compound to improve the fuel efficiency, abrasion resistance, and oil migration problems of truck and bus radial tire tread. The wear resistance, fuel efficiency, and extraction resistance of the compound were evaluated according to the molecular weight of E-LqIR. Results of the evaluation showed that the E-LqIR compound had a lower chemical crosslink density than that of a treated distillate aromatic extract (TDAE) oil compound because of the sulfur consumption of E-LqIR. However, the filler-rubber interaction improved because of the reaction of E-LqIR with silica and crosslink with the base rubber by sulfur. As the molecular weight of E-LqIR increased, crosslink with sulfur was facilitated, and the filler-rubber interaction improved, resulting in improved abrasion resistance. The fuel efficiency performance of the E-LqIR compound was poorer than that of the TDAE oil compound because of the low chemical crosslink density and hysteresis loss at the free chain end of E-LqIR. However, the fuel efficiency performance improved as the molecular weight of E-LqIR increased.
Effects of silane modifier, bis(triethoxysilylpropyl) tetrasulfide (TESPT(S4)) and bis(triethoxysilylpropyl) disulfide (TESPD(S2)), on silica filled compound were investigated upon processability, dynamic, mechanical, heat build-up, blowout properties, and silica dispersion in natural rubber (NR). The temperature of the S2 treated silica compound generated higher than that of the S4 treated compound during internal mixer compounding. The shear viscosity of the S2 compound exhibited lower than that of the S4 compound and the viscosity measured in dynamic mode was close to each other. The elongation modulus of the S2 compound exhibited lower than that of the S4; however, the tear resistance strength of the S2 compound exhibited higher than that of the S4 compound. The loss tan$\delta$ values of the S2 compound exhibited higher than those of the S4 at room temperature. The augmentation of the test temperature lowered the tan$\delta$ values of each compound, which results in close tan$\delta$ values to each other at $100^{\circ}C$. The S2 compound deformed less than the S4 compound, and the blowout time of each compound was close to each other. The S2 compound generated more heat build-up than the S4 compound. The abrasion loss of the S2 compound was less than that of the S4 compound. The size of the silica agglomerate reduced on both S4 and S2 compounds upon vulcanization. The addition of the bifunctional silanes (S2 and S4) on silica filled NR compound improved the processability of each compound and their effects were more significant on the S2 compound than the S4 compound. After vulcanization the silica agglomerate size of each compound reduced compared with before vulcanization.
아연이온이 포함된 thiuram 구조를 가진 zinc dibutyldithiocarbamate(ZDBC)와 아연이온을 포함하고 있지 않은 thiuram계 촉진제인 tetramethylthiuram disulfide(TMTD), dipentamethylenethiuram tetrasulfide(DPTT)를 실리카가 충전된 천연고무에 첨가하여 가황특성 및 기계적 물성(모듈러스, 인장강도, 신장률)에 미치는 영향을 비교 평가하였다. ZDBC는 가장 빠른 반응개시시간(t10)과 높은 보강성(R.I.), 그리고 marching 거동을 보였다. 메커니즘을 고찰하고 제시하였다.
Natural rubber was filled with 8 commercial carbon blacks covering range of rubber-grade products at different levels of filler loadings in order to investigate physical compound and vulcanizate properties. It was found that the curves of rubber property vs filler loading of both uncured compounds and vulcanizates can be superposed to one single master curve by introducing an effective volume fraction which is based on CDBP. The effective volume fraction, $V_{EFF}$ was utilized to explain the variation of the stiffness of all rubber compounds. The surface area-corrected effective volume fraction, V', was utilized to explain the formation of bound rubber, rebound and lambourn wear.
본 연구에서는 화학적 구조가 다른 thiuram 계 촉진제인 TMTD (tetramethyl thiuram disulfide), thiazole 계 촉진제인 MBTS (2,2-dithiobis(benzothiazole)), sulfenamide 계 촉진제인 CBS (n-cyclohexyl benzothiazyl-2-sulfenamide)를 사용하여 각각의 촉진제가 실리카가 충전된 천연고무의 가황 특성에 미치는 영향을 비교 평가하였다. TMTD는 상대적으로 빠른 가류 속도와 높은 최대 토크값($T_{max}$), 우수한 기계적 물성을 보였고 MBTS는 상대적으로 중간 정도의 가황 시간과 낮은 $T_{max}$, 기계적 물성을 보였다. 마지막으로 CBS는 느린 가황 시간을 나타낸 반면 상대적으로 우수한 $T_{max}$와 기계적 물성을 나타냈다. 유사한 가황 특성 경향은 카본블랙이 충전된 천연고무 컴파운드에서도 찾아볼 수 있었다.
실리카가 충전된 천연고무 복합소재 내에서 실란 함량의 증가가 실리카간의 구조 발달 상수 (${\alpha}_F$)에 미치는 영향을 비교하였다. 동일한 실리카양 (10, 20, 30, 40 phr)에서 실란의 함량 (2, 4, 6, 8, 10, 12%)이 증가할수록 ${\alpha}_F$값이 증가하는 경향이 나타났다. 이는 실란내 존재하는 황이 가교에 참여하였기 때문인 것으로 판단된다. 또한 실란 함량이 같은 조건에서 실리카양이 증가할수록 ${\alpha}_F$값이 증가하였는데 이는 실리카 간 상호관계가 증가하였기 때문인 것으로 판단된다.
The interest of the fatigue life of rubber components such as engine mounts is increasing according to the extension of warranty period of the automotive components. Automotive engine mounts get damaged due to thermal and mechanical loadings. This paper discusses a fatigue life prediction of the 3-dimensional dumbbell specimens for natural rubber compound considering the effects of maximum strain and heat aging temperature. Displacement controlled fatigue life tests were performed using specimens with different levels of maximum strain and various hardness. The basic mechanical properties test and the fatigue test of aged rubber specimen under normal and elevated temperature were executed. A procedure to predicted the fatigue life of vulcanized natural rubber material based on the maximum strain method was proposed, and then this curve was in good agreement with fatigue test data less than 200% error range.
The influence of mastication of natural rubber (NR) on properties of carbon black-filled NR compounds was studied. Variations of viscosities of the masticated NR and the carbon black-filled NR compound by heating were also investigated. The viscosities of the compounds decreased by increasing the mastication time of the raw rubber. The viscosities of the masticated NR and the compounds increased by increasing the heating time. This was explained by the combination reaction between functional groups in the rubber. The viscosity increment of the masticated rubber and the compounds by heating became larger with increased mastication time. Cure rate of the compound became faster by increasing the mastication time. Modulus of the vulcanizate made of the rubber masticated for a long time was higher than that of the vulcanizate made of the rubber masticated for a short time while elongation at break of the former was shorter than that of the latter. This was explained by the content of bound rubber and chain length of the rubber molecules.
극성을 띠고있어 응집되는 성향이 카본블랙에 비해 강한 실리카의 분산도는 고무 복합소재의 물성을 좌우하는 중요한 요소이다. Wolff는 입자간 상호계수(${\alpha}_F$)를 도입하여 충전제간의 구조발달을 최초로 표현하였다. 하지만, 양기능성 실란의 도입에 따라 형성되는 3차원 구조발달은 표현할 수 없었다. 후에 이를 보완하기 위하여 Wolff의 표현은 복합소재 내 ${\alpha}_F$를 포함하는 구조발달 상호계수 ${\alpha}_C$로 확장되어 표현되었지만, 실험적으로 이 표현을 증명한 연구는 없었다. 이 논문은 구조발달 상호계수인 ${\alpha}_C$를 ${\alpha}_F$(실리카-실리카간 구조발달 상호계수), ${\alpha}_{FP}$(실리카-실란-고무간 구조발달 상호계수), ${\alpha}_P$(고무-고무간 구조발달 상호계수)로 고려하여 단기능성 및 양기능성 실란으로 처리된 실리카가 함유된 복합소재를 실험에 의해 최초로 표현하였다. 구조가 다른 실란들(PTES, OTES, TESPD, TESPT)을 이용하여 구조발달 상호계수 ${\alpha}_C$를 구성하는 ${\alpha}_F$, ${\alpha}_{FP}$, ${\alpha}_P$의 수치들을 측정하고 계산하였다. TESPT가 첨가된 복합소재의 ${\alpha}_C$의 값은 1.64이며, 이를 구성하고 있는 ${\alpha}_F$, ${\alpha}_{FP}$, ${\alpha}_P$는 각각 0.99, 0.31, 0.34로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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