Hiệu ứng Mullins và quá trình phát triển vết nứt của hỗn hợp cao su thiên nhiên trong lão hóa nhiệt và tải trọng chu kỳ

Engineering and Technology For Sustainable Development - Tập 31 Số 4 - Trang 61-67 - 2021
Trong Quang Nguyen1,2, Viet Hung Dang1, Chuong Bui1, Trung Le Tran1
1Center for Polymer Composite and Paper, Hanoi University of Science and Technology, Hanoi, Vietnam
2Hung Yen University of Technology and Education, Hung Yen, Vietnam

Tóm tắt

Ảnh hưởng của lão hóa nhiệt và tải trọng theo chu kỳ lên các tính chất cơ học và sự phát triển của các vết nứt trong cao su tự nhiên đã được nghiên cứu. Sau khi lão hóa ở 70 oC và 110 oC cao su tiếp tục chịu tải theo chu kỳ. Ở điều kiện lão hóa 70 oC, độ bền kéo đứt của vật liệu gần như không thay đổi ngay cả sau 88 giờ và 8000 chu kỳ. Ngược lại, khả năng chịu mỏi động của cao su giảm đi khi thời gian lão hóa tăng lên. Những kết quả này được cho là do hiện tượng cao su tiếp tục được lưu hóa (còn gọi là hậu lưu hóa) và sự phát triển của các vết nứt vi mô có thể gây ra bởi hiệu ứng Mullins: trong trường hợp tải tĩnh, sự kết tinh do biến dạng có thể ngăn chặn sự phát triển vết nứt, nhưng trong trường hợp tải theo chu kỳ sự kết tinh đó không xảy ra, vì vậy các vết nứt phát triển mà không gặp trở ngại. Tuy nhiên, ở 110 oC cả tính chất tĩnh và khả năng chống mỏi động của vật liệu suy giảm nghiêm trọng, vì hiện tượng hậu lưu hóa và kết tinh do biến dạng không thể bù lại được với sự phá hủy rất lớn của cao su khi ở nhiệt độ cao. Sự hình thành và lan truyền vết nứt đã được kiểm tra bằng kính hiển vi quang học kỹ thuật số trong quá trình tải trọng động theo chu kỳ. Kết quả cho thấy cao su thiên nhiên chứa chất độn than có khả năng chống sự phát triển vết nứt (CGR) tốt nhất, trong khi việc bổ sung silica biến tính và không biến tính làm giảm CGR của vật liệu. Hơn nữa, cao su thiên nhiên với silica không biến tính có CGR thấp nhất.

Từ khóa

#Natural rubber #silica modified and unmodified #crack growth #cyclic loading #Mullins effect

Tài liệu tham khảo

J.R. White and S.K. De, Rubber Technologist Handbook, Rapra Technology Ltd, Shawbury, Shrewsbury (2001).

E. Mark, Burak Erman, Frederick R. Eirick, The Science and Technology of Rubber, Elsevier Academic Press, 3rd Ed., San Diego, CA. 2005, pp.744.

Julie Diani, Bruno Fayolle, Pierre Gilormini, A review on the Mullins effect, European Polymer Journal. Vol. 5 (2009) 601-612. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2008.11.017

G. Chagnon, E.Verron, G.Marckmann, L.Gornet, Development of new constitutive equation for the Mullins effect in rubber using network alteration theory, Int. J. of Solid and structure. Vol. 43 (2006) 6817-6834. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2006.02.011

Bui Chuong, Dang Viet Hung, Nguyen Thuong Giang, Using TESPT modified silica as a reinforcement filler for a blend of natural rubber-butadiene rubber, Part I: Preparation and characterization of TESPT modified silica, Vietnam J. Chem. Vol. 45 (2007) 67-71.

Nguyen Trong Quang, Dang Viet Hung, Bui Chuong, Hoang Nam, Nguyen Thi Yen, Study on the effect of modified and unmodified silica on the properties of Natural Rubber vulcanizates, Vietnam Journal of Chemistry. Vol. 57 (3) (2019) 357-362. https://doi.org/10.1002/vjch.201900040

Samy Merabia, Pane Sotta, Didier R. Long, Unique plastic and recovery behavior of nanofilled elastomers and thermoplastic elastomers (Payne and Mullins effects), J. of Polymer Science, Part. B: Polymer Physics. 48 (2010) 1495-1508. https://doi.org/10.1002/polb.22046

Lei Yan, David A. Dillard, Robert L. West, Loren D. Lower, Glenn V. Gordon, Mullins effect recovery of nanoparticle filled polymers, J. of Polymer Science, Part B: Polymer Physics. 48 (2010) 2207-2214. https://doi.org/10.1002/polb.22102

Hsien-Tang Chiu, Pier-An Tsai, Aging and Mechanical properties of NR/BR blends, Journal of Materials Engineering and Performance. 15 (2006) 88-94. https://doi.org/10.1361/105994906X83448

Byungwoo Moon, Jongmin Lee, Soo Park, Chang-Sung Seok, Study on the aging behavior of Natural Rubber/Butadiene Rubber (NR/BR) blends using a Parallel Spring Model, Polymer. 10 (2018) 658. https://doi.org/10.3390/polym10060658

Present Ghosh, Rabindra Mukhopadhyay, Radek Stock, Durability prediction of NR/BR and NR/SBR blend tread compounds using tear fatigue analyzer, Testing and Measuring, (2016) 53-55.