Nitril kauçuk/aramid elyaf kompozitlerinin akış performansının geliştirilmesinde sıvı kauçuk etkinliği

Abstract

Nitril Kauçuk (NBR), özellikle otomotiv sektöründe kauçuk hortum ve sızdırmazlık elemanlarının üretiminde en çok kullanılan kauçuklardandır. NBR'nin çiğ mukavemeti, mekanik özellikleri, ısıl kararlılığı, soğukta esnekliği ve dinamik performansı sınırlı olduğundan, bu özelliklerin geliştirilmesinde kısa elyaf takviyesinden faydalanılabilir. Bununla birlikte, kısa elyaf takviyesi ile akış özellikleri kötüleşmekte, bu durum özellikle ekstrüzyon ve enjeksiyon ile kalıplama sistemlerinde sorun oluşturmaktadır. Plastikleştirici etkisinin yanısıra çaprazbağ yapısına katılarak mekanik ve dinamik özellikleri geliştirebilecek katkıların kullanımı, bu olumsuzluklara uygun bir çözüm olarak görülmektedir. Bu çalışmada, NBR matris içinde yüzey modifikasyonu sonrasında disperse edilmiş aramid elyaf esaslı ticari takviye malzemelerinin kullanıldığı NBR/Aramid kompozitlerinde sıvı kauçuk (Liquid Rubber, LR), katkısının hamurun akış özellikleri, çaprazbağ yoğunluğu ve vulkanizat özelliklerine olan etkisi değerlendirilmiştir. Kauçuk hamurları dahili karıştırıcı ve açık mil sistemi senkronize kullanılarak hazırlanmıştır. Reolojik özellikler ve vulkanizasyon karakteristiği hareketli kalıp reometresi (MDR) ile çalışılmıştır. Polimer matris-dolgu etkileşimini değerlendirmek üzere Payne etkisi, kauçuk proses analizörü (RPA) ile ölçülmüştür. RPA kullanılarak, ayrıca kimyasal ve fiziksel çaprazbağ yoğunluğu Lee-Pawlowski-Coran yaklaşımı uyarınca belirlenmiştir. Dinamik özellikler ve ısı birikimi (heat build-up) sırasıyla dinamik-mekanik test cihazı (DMA) ve Goodrich fleksometresi ile ölçülmüştür. Yaşlanma öncesi ve sonrası fiziksel ve mekanik özellikler ölçülmüş, yaşlanma ile gerçekleşen özellik kayıpları karşılaştırılmıştır. Ön karıştırılmış aramid elyaf ilavesi ile NBR esaslı malzemelerin özellikle yüksek frekanslardaki dinamik özelliklerinin önemli ölçüde geliştiği görülmüştür. Elyaf takviyesi ile çaprazbağ yoğunluğundaki kayıplar, hamurların bütadien esaslı sıvı kauçuk ile hazırlanmasıyla giderilmiştir. Uygun oranlarda sıvı kauçuk kullanılmasıyla, yaşlanma sonrası fiziksel ve mekanik özelliklerde belirgin bir iyileşme elde edilmiştir.

Nitrile Rubber (NBR) is one of the most commonly used rubber for the production of rubber hoses and seals especially in the automotive sector. Since NBR has raw strength, mechanical properties, thermal stability, cold flexibility and dynamic performance, short fiber reinforcement can be used to improve these properties. However, with short fiber reinforcement, the flow properties deteriorate, which is particularly problematic in extrusion and injection molding systems. In addition to the plasticizer effect, the use of additives to improve the mechanical and dynamic-mechanical properties is considered as an effective solution to overcome these disadvantages. In this study, the effect of liquid rubber incorporation on the flow properties, crosslink density, and vulcanizate properties of NBR/Aramid composites prepared by using commercial an aramid fiber masterbatch. Rubber compounds were prepared by using a Banbury mixer and two-roll mill, subsequently. Rheological properties and vulcanization characteristics were determined on a moving die rheometer (MDR). Polymer-filler interaction was evaluated via Payne effect measured on rubber process analyzer (RPA). Physical and chemical crosslink densities were calculated according to Lee-Pawlowski-Coran approach. Dynamic properties and heat build-up were measured by using a dynamic-mechanical analyzer (DMA) and Goodrich flexometer, respectively. Physical and mechanical properties of the vulcanizates were measured before and after thermal aging, thermal stability was inveatigated as retentions in these properties. Masterbatch aramid fiber reinforcement was found to improve high-frequency dynamic performance of NBR based materials. Butadiene based liquid rubber incorporation could overcome crosslink density loss in NBR/Aramid fiber composites. Sufficient amount of liquis rubber in the compounds improved physical and mechanical properties after thermal aging.