The vulcanizate structure of silica-filled compounds is affected by the filler-rubber interaction (FRI) due to the silica-rubber coupling reaction and the chemical crosslink density (CCD) of the matrix rubber. In this study, the vulcanizate structure changes of silica-filled compounds according to the silane and sulfur variation were quantitatively analyzed using the Flory-Rehner and Kraus equations. In efficiency vulcanization (EV) conditions with low sulfur content, FRI increased when the bis-[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfide (TESPT) content increased, and the CCD clearly decreased. By contrast, in semi-EV conditions with high sulfur content, as TESPT content increased, the FRI increased the same way EV conditions, but the CCD was unchanged. Based on these results, it was confirmed that FRI of the silica-filled compounds increased as TESPT content increased, but CCD decreased or retained similar values according to the vulcanization system, indicating that the formation reaction of FRI was preferred over CCD.
Kim, Il Jin;Kim, Donghyuk;Ahn, Byungkyu;Lee, Hyung Jae;Kim, Hak Joo;Kim, Wonho
Elastomers and Composites
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제56권1호
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pp.20-31
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2021
There is an increasing demand for the rolling resistance reduction in truck bus radial (TBR) tires in the tire industry. In TBR tires, natural rubber is used as a base polymer to prevent wear and satisfy required physical properties (cut and chip). A binary filler system (silica and carbon black) is used to balance the durability of the tire and rolling resistance performance. In this study, natural rubber (NR) compounds applied with a binary filler system were manufactured at different cure temperatures for vulcanizate structure analysis. The vulcanizate structures were categorized into carbon black bound rubber, silica silane rubber network, and chemical crosslink density by sulfur. Regardless of the cure temperature, the cross-link density per unit content of carbon black had a greater effect on the properties than silica due to affinity with NR. The relationship analysis between the mechanical, viscoelastic properties with vulcanizate structure could be a guideline for manufacturing practical TBR compounds.
본 연구에서는 carboxylic acid group이 도입된 열가소성 폴리우레탄(thermoplastic polyurethane, TPU)과 동적 가교형 TPV (thermoplastic vulcanizate)계 열가소성 탄성체를 제조하였으며, 탄성체 분자구조 내 acid group의 도입에 따른 기계적 물성, 그립성, 데브리스, 접촉각 및 접착특성 변화에 대해서 평가하였다. 연구결과 acid group이 도입된 경우 수소결합의 증가로 인해 기계적 물성과 wet slip 특성이 향상되었으며, 카르복시산에 의해 표면 극성이 증가되었기 때문에 접착력 또한 향상되었다. 그리고 acid group이 도입된 TPU를 사용해서 TPV를 제조한 결과 TPU 자체에 비해 감성특성과 데브리스(debris) 특성이 향상되었다.
Migration properties of antidegradants to the surface in NR vulcanizates containing carbon black of 30, 50, and 70 phr were studied using the migration-generating equipment with a vacuum technique. The migration was carried out at 60, 80, and 100 ℃ for 20 h. BHT, IPPD, HPPD, and wax were used as migrants. IPPD migrates faster than the other migrants. Amounts of BHT, IPPD, and HPPD that migrated at 60 and 80 ℃ decrease as the content of carbon black in the vulcanizate increases. Migrations of antidegradants in the NR vulcanizate containing carbon black of 50 phr are faster than those containing carbon black of 30 and 70 phr at 100 ℃. Although n-C23H48 is heavier than HPPD, it migrates faster than HPPD and even faster than BHT at 100 ℃. Influencing factors of carbon black on the migrations are its porous structure and polar functional groups on the surface.
A general scheme of a rubber structure is proposed. Using the thermomechanical method(TMA), some changes in the molecular and topological structures for uncured and cured, and unfilled and filled rubbers during processing are shown. In our investigations as region it is understood a complex structure, which is expressed at the thermomechanical curve(TMC) as a zone differed from others in thermal expansion properties. This zone is between the noticed temperatures of relaxation transitions, usually on the level like those determined by DMTA at 1Hz. These regions, which shares, are not stable, and differ in molecular-weight distribution(MWD) of chain fragments between the junctions. Differences in dynamics of the formation of the molecular and topological structures of a vulcanizate are dependent on the rubber formulation, mixing technology and curing time. Some of characteristics of these regions correlate with mechanical properties of vulcanizates what is shown for NR rubbers containing ENR or CPE as a polymeric additive. It is well known that the state of order influences diffusivity of low-molecular substances into the polymer matrix. Because of this, the two topological amorphous regions should influence the distribution of the ingredients and resulting in rubber compounds' heterogeneity, and related properties of cured rubber. Investigation of this problem is expected to be, in the future, one of the essential factors in determining further improvement of polymeric materials properties by compounding with additives and in reprocessing of rubber scrap.
Since the rigid and continuous networks of high-purity silica(white carbon) were relatively transparent to microwaves, high purity silica coupled with microwaves using a zirconia susceptor at room temperature and it was then heated to its melting temperature. The low-purity silica, contained small amount of impurities, yielded greater microwave absorption owing to easy motion of the interstitial alkali ions and it was then heated to its melting temperature. X-ray diffraction patterns of the low-purity silica were broader than those of the high-purity silica due to higher concentration of non-bridging bond and more deformed random network structure. In the vulcanization process of whitened or coloured rubber compound which is employing low-purity silica(white carbon) as a reinforcing filler, vulcanizate could be obtained effectively by microwave heating energy.
The purpose of this dissertation is to study the physical properties of cellular rubber products for industrial use. Vulcanization characteristics were investigated by usingcure curve that had obtained by means of Rheometer. The results of physical properties, vulcanization characteristics and foaming states are as follows. 1. The test results for vulcanization characteristics of NR compounds indicated that in the recipe R-1. When accelerator D is used, the optimum conditions of vulcanizate are obtained, while formula R-2 and R-3 have shown higher torgue at curing time, $1{\sim}2$ minutes. Cellular rubber product test in terms of compression set and compression deflection has also met the requirements of SAE. 2. For SBR compounds, S-1 formula was the best in terns of vulcanization characteristics, and for the blowing structure of cellular rubber products, formula S-3 in which accelerator M is added was fair. All other test results, such as compression set and compression deflection properties met SAE requirements. 3. NBR compound (N-1) including accelerator TT was the best in terms of vulcanization characteristic and also blowing structure. All other properties listed above met requirements, particulary for oil resistance test. 4. In the test of EPDM compounds, when mixed accelerator, M and TT, is used(formula E-1) the best results were obtained. Since EPDM is hydrocarbon elastomer, oil resistance test failed. All other properties met the requirement specified in SAE.
Sanghoon Song;Junhwan Jeong;Donghyuk Kim;Kiwon Hwang;Sungwook Chung;Wonho Kim
Elastomers and Composites
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제59권1호
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pp.8-16
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2024
As regulations on greenhouse gas emission have strengthened globally, the demand for improved fuel efficiency in automobiles continues to rise. In response, the tire industry is actively conducting research to improve fuel efficiency by enhancing tire performance. In this study, silica-filled epoxidized natural rubber (ENR)/butadiene rubber (BR) blend compounds were manufactured according to ENR types and silica contents, and their physical properties and vulcanizate structure were evaluated. ENR-50, which has a higher epoxide content than ENR-25, exhibited stronger filler-rubber interaction, resulting in superior abrasion resistance. In addition, because of its high glass transition temperature (Tg), the wet grip performance of ENR-50 improved, even though the rolling resistance increased. Increasing the amount of silica had little effect on the abrasion resistance due to the increase in filler-rubber interaction and decrease in toughness. In addition, ENR-50 exhibited better wet grip performance; however, the rolling resistance increased. The results indicated that truck bus radial (TBR) tire tread compounds can be designed by applying ENR-50 to improve wear resistance and wet grip performance. In addition, by applying ENR-25 and reducing the silica contents improve fuel efficiency.
Kim, Donghyuk;Ahn, Byungkyu;Ryu, Gyeongchan;Hwang, Kiwon;Song, Sanghoon;Kim, Wonho
Elastomers and Composites
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제56권3호
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pp.152-163
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2021
Liquid butadiene rubber (LqBR) is used as a processing aid and plays a vital role in the manufacture of high-performance tire tread compounds. In this study, center-functionalized LqBR (C-LqBR) was polymerized with different vinyl content via anionic polymerization. The effects of the vinyl content on the properties of the compounds were investigated by partially replacing the treated distillate aromatic extract (TDAE) oil with C-LqBR in silica-filled rubber compounds. C-LqBR compounds showed a low Payne effect and Mooney viscosity regardless of the vinyl content, because of improved silica dispersion due to the ethoxysilyl group. As the vinyl content of C-LqBR increased, the optimum cure time (t90) increased owing to a decrease in the number of allylic hydrogen. Moreover, the glass transition temperature (Tg) of the compound increased, and snow traction and abrasion resistance performance decreased, whereas wet grip improved. The energy loss characteristics revealed that the hysteresis attributed to the free chain ends of C-LqBR was dominant.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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