Viscoelastic behaviour in hydrogenated nitrile rubber for industrial roll applications

Abstract

ยางไฮโดรเจนเนตเทตไนไตรล์ (HNBR) ได้นามาผสมกับตัวเติมเสริมแรง ได้แก่ เขม่าดา (carbon black; CB) ซิลิกา (silica) และออรกาโนเคลย(organoclay) และนาไปตรวจสอบพฤติกรรมการวัลคาไนซ์ (cure properties) สมบัติหยุ่นหนืด (viscoelastic properties) และสมบัติเชิงกล (mechanical properties) พบว่าปฎิกิริยาการวัลคาไนซ์ เกิดได้ดีขึ้นเมื่อเพิ่มปริมาณตัวเติมมากขึ้น และจากการศึกษาพฤติกรรมหยุ่นหนืดที่ไม่ใช่เชิงเส้น (non-linear viscoelastic) ของยางคอมพาวด์โดยใช้เทคนิคฟูเรียร์ทรานสฟอร์ม (Fourier transform) พบว่าปริมาณของตัวเติมเป็นตัวแปรหลักที่มีอิทธิพลต่อการตอบสนองของการหยุ่นหนืดที่ไม่ใช่เชิงเส้น ในงานวิจัยนี้สนใจยางที่มีความแข็ง 80 Shore A เนื่องจากเป็นความแข็งที่เป็นความแข็งทั่วไปที่ใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตลูกกลิ้งโดยเฉพาะลูกกลิ้งในโรงงานเหล็กและโรงงานกระดาษ ตัวเติมเสริมแรง ได้แก่ เขม่าดา ซิลิกา และดินขาวนามาใช้ในการเตรียมยางวัลคาไนซ์ที่มีระดับความแข็งนี้ได้ พบว่าเขม่าดาเป็นตัวเติมเสริมแรงที่มีประสิทธิภาพที่ดีที่สุด เนื่องจากแสดงสมบัติเชิงกลที่ดี ซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยอันตรกิริยาที่ดีกว่าระหว่างเขม่าดาและยางไฮโดรเจนเนตเทตไนไตรล์ (CB-HNBR interaction) ดังเห็นได้จากช่วงกว้างของการหยุ่นหนืดเชิงเส้น (linear viscoelastic region) ของยางวัลคาไนซ์ เมื่อเปรียบเทียบการเสริมแรงของยางวัลคาไนซ์ที่ผสมกับเขม่าดาลูกผสมในระบบที่แตกต่างสามระบบ ได้แก่ ระบบ N326/N990, N326/N774 และ N550/N990 พบว่าการเพิ่มปริมาณเขม่าดาที่มีพื้นที่ผิวและ/หรือโครงสร้างสูงมากขึ้นในระบบลูกผสมส่งผต่อการเพิ่มปริมาณโครงสร้างตาข่ายชั่วคราวของเขม่าดา (CB transient network) และทาให้แรงอันตรกิริยาระหว่างเขม่าดาและยางมีมากขึ้น โครงสร้างที่ค่อนข้างสูงของ N550 จะทาให้มีปริมาณยางบาวด์ (bound rubber) และความหนาแน่นเชื่อมขวางมาก ยางวัลคาไนซ์ที่ผสมกับเขม่าดาลูกผสมระบบ N550/N990 จึงมีสมบัติเชิงกลและสมบัติหยุ่นหนืดใกล้เคียงกับยางวัลคาไนซ์ที่ผสมกับเขม่าดาลูกผสมระบบ N326/N990 การทดสอบการสะสมความร้อน (heat build-up; HBU) ของยางไฮโดรเจนเนตเทตไนไตรล์ที่เติมเขม่าดาต่างชนิดกัน (ได้แก่ N326, N550, N774 และ N990) ในปริมาณต่างๆ (ได้แก่ 0 ถึง 60 phr) ทดสอบด้วยเครื่อง Gabometer 4000 flexometer ภายใต้น้าหนักกดสูงสุด 4000 นิวตัน พบว่าเมื่อนาการสะสมความร้อนที่วัดได้มาสร้างความสัมพันธ์กับค่าโมดูลัสสูญเสียที่วัดจาก RPA 2000 ได้ความสัมพันธ์เชิงลอการิทึมตามสมการ HBUG = 18.019ln (G) - 54.138 โดยมีค่าของความผิดพลาด (R2) เท่ากับ 0.9214 อย่างไรก็ตาม การสะสมความร้อนของยางไฮโดรเจนเนตเทตไนไตรล์ที่เติมเขม่าดาต่างชนิดกัน (ได้แก่ N326, N550, N774 และ N990) ในปริมาณต่างๆที่วัดจาก RPA 2000 กับ Gabometer 4000 มีความสัมพันธ์ในแง่ที่ไม่ดี หรืออาจกล่าวได้ว่าการวัดการสะสมความร้อนด้วยเครื่อง RPA 2000 ไม่สามารถใช้แทนวิธีมาตรฐานได้ในยางระบบที่ทาการศึกษา