A study of the properties of scrap dust rubber filled polypropylene

Abstract

This study involved an investigation of the effects of rubber scrap dust characteristics and mixing parameters on the mechanical and rheological properties when blended with polypropylene (PP). The scrap dusts were produced during sports shoe soles manufacture: outsole dust (vulcanised rubber blend of NR, BR and SBR), midsole dust (vulcanised EVA foam), and laminate dust (a mixture of the midsole and outsole dusts after sole assembly). Two different waxes were used in the PP/scrap dust rubber compound. Two different processes, extrusion and injection moulding, were used to study the influence of the blends on the properties. The extrusion process used an extruder connected with a self-driven cavity transfer mixer (SD-CTM). The type and percent loading of scrap dust have been studied for their effect on the quality of mixing and properties of the resultant polymer compounds. The mechanical properties of PP filled with scrap dust were evaluated using Charpy notched impact testing, tensile testing and heat distortion temperature testing. The rheological property studied was the melt flow index (MFI). The blend microstructure was examined utilising optical and polarising microscopy. Differential scanning calorimetry (DSC) was used for determining the crystallisation characteristics of PP in the blends. The waxes gave significant improvement in the shaping of the extrudate. The outsole scrap dust/PP compounds could not be extruded into a controlled profile shape in this study. The impact strength of the compounds were higher than the virgin PP. From the extrusion process the impact strength did not increase significantly. The impact strength of the injection moulded samples, when compared to the extruded samples, was higher. The tensile properties (yield stress and modulus) were dependent on the amount of scrap dust addition. An increase in the scrap dust loading gave lower yield stress and modulus values. The effect of reprocessing (injection moulding after extrusion) gave a more homogeneous mixture as indicated by the particle size and particle size distribution and also affected the rheological properties as reflected in the higher MFI values. Both DSC and polarising microscopy studies indicated that all three scrap dusts promoted nucleation of PP.

งานวิจัยนี้ศึกษาอิทธิพลของคุณสมบัติของเศษวัสดุยาง และตัวแปรในการผสมที่มีผลต่อคุณสมบัติเชิงกลและคุณสมบัติ การไหลของโพลิโพรพิลีน (PP) ที่ผสมเศษยาง เศษยางที่ใช้ เป็นเศษวัสดุที่ได้จากกระบวนการผลิตรองเท้ากีฬาซึ่งมีทั้งหมด 3 ชนิดคือ เศษยางที่ได้จากพื้นรองเท้าชั้นนอก (เศษยางผสม ระหว่าง NR, BR และ SBR ที่วัลคาไนซ์แล้ว) เศษยางที่ได้ จากพื้นรองเท้าชั้นกลาง (เศษของโฟม EVA ที่วัลคาไนซ์) และเศษยางที่ได้หลังการประกอบพื้นรองเท้า ลักษณะของ กระบวนการจะศึกษาโดยใช้ขี้ผึ้ง (wax) ที่ต่างกัน 2 ชนิด โดยจะศึกษากระบวนการ 2 ชนิดระหว่าง กระบวนการอัดรีด (extrusion) และกระบวนการฉีด (injection moulding) ที่มีอิทธิพลกับคุณสมบัติของสารผสม (blend) ในกระบวนการ อัดรีดจะใช้เครื่องอัดรีด (extruder) ที่ต่อกับเครื่อง Self- deiven cavity transfer mixer (SD-CTM) คุณภาพของ การผสมและคุณสมบัติของสารผสมจะศึกษาโดยการปรับเปลี่ยน ชนิดและปริมาณของเศษยาง คุณสมบัติเชิงกลของ PP ซึ่งผสมเศษยางที่ศึกษาได้แก่ ความทนต่อแรงกระแทกแบบ Charpy ความทนต่อแรงดึง การ ทนอุณหภูมิสูง (heat distortion temperature) คุณสมบัติ การไหลศึกษาโดยวัดค่าดรรชนีการไหล (melt flow index, MFI) โครงสร้างสัณฐานวิทยา (microstructure) ศึกษาด้วย กล้องจุลทรรศน์ (optical และ polarising microscopy) และ Differential scanning calorimetry (DSC) ใช้ ศึกษาพฤติกรรมการตกผลึกของ PP ในสารผสม จากการทดลองพบว่า wax มีส่วนสำคัญในการขึ้นรูปของ สารผสมที่ได้จากกระบวนการอัดรีด ค่าความทนต่อแรงกระแทกของ สารผสมจะมากกว่าของ PP ที่ไม่ผสมเศษยาง และจากกระบวนการ อัดรีดค่าความทนต่อแรงกระแทกไม่เพิ่มขึ้นมากนัก การศึกษาพบว่า ค่าความทนต่อแรงกระแทกของสารผสมที่ได้จากกระบวนการฉีดจะ มีค่าสูงกว่าสารผสมที่ได้จากกระบวนการอัดรีด คุณสมบัติทางด้าน แรงดึงจะขึ้นกับปริมาณของเศษยาง การเพิ่มเศษยางทำให้ค่า ความทนต่อแรงดึงลดลง อิทธิพลของกระบวนการ reprocessing ด้วยการนำสารผสมไปฉีดขึ้นรูป (injection moulding) จะช่วย เพิ่มความเข้ากันของส่วนผสม โดยดูได้จากขนาดและการกระจายตัว ของอนุภาคของเศษยาง และยังมีผลกับคุณสมบัติการไหลโดยให้ค่า MFI สูงขึ้น จากการศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์และ DSC พบว่า เศษยางทั้ง 3 ชนิดเป็นสารช่วยให้เกิดผลึกของ PP ในสารผสม