اثر دوده نانومتری بر خواص تریبولوژیکی آمیزه هیبریدی رویه تایر دارای سیلیکای اصلاح‌شده

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه تربیت مدرس، گروه مهندسی پلیمر

چکیده

فرضیه: استفاده از نانوذرات دوده به‌عنوان پرکننده دوم در سامانه پرکننده‌های هیبریدی، با بهبود پراکنش ذرات سیلیکا اصلاح‌شده به‌عنوان پرکننده اول، موجب بهبود در برخی خواص تریبولوژیکی، شامل مقاومت در برابر سایش و ضریب اصطکاک آمیزه لاستیکی رویه تایر می‌شود. این بهبود در پراکنش ذرات پرکننده اول به‌دلیل ممانعت ذرات پرکننده دوم از بازکلوخگی پرکننده اول است.
روش‌ها: در این پژوهش از پرکننده‌های هیبریدی تقویت‌کننده، سیلیکای اصلاح‌شده به‌عنوان پرکننده اول با مقدار ثابت و دوده با ذرات نانومتری به‌عنوان پرکننده دوم با مقادیر متغیر برای تهیه آمیزه رویه تایر سواری استفاده شد و مقدار دوده نانومتری بر اساس تجربه پیشین کمتر از آستانه تداخل نگه داشته شد. آزمون‌های ولکانش، میکروسکوپ الکترونی پویشی و آزمون‌های دینامیکی-مکانیکی در پویش زمان، کرنش و دما برای تعیین مقدار بهینه‌ دوده نانومتری به‌کار گرفته شد. خواص تریبولوژیکی شامل ضریب اصطکاک و مقاومت سایشی برای ترکیبات دارای پرکننده‌های هیبریدی اندازه‌گیری شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد، پراکنش سیلیکای اصلاح‌شده با افزوده‌شدن مقدار بهیه 75/0 قسمت وزنی نانوذرات دوده در یک سامانه هیبریدی با بهبود همراه بوده و کاهش رفتار گران‌روکشسان غیرخطی یا پدیده پین در آمیزه دارای مقدار بهینه از پرکننده دوم نیز وجود هم‌افزائی شکل‌شناسی را تأیید می‌کند. همچنین آزمون اندازه‌گیری مدول ذخیره با روبش زمان، کاهش بازکلوخگی سیلیکای اصلاح‌شده پس از اختلاط در مجاورت نانوذرات دوده را نشان داد. آزمون‌های تریبولوژیکی شامل ضریب اصطکاک و مقاومت سایشی آمیزه لاستیکی ولکانیده نیز بهبود در نمونه با مقدار بهینه نانوذرات دوده را نشان دادند. مقایسه نتایج این آزمون‌ها با نمونه مرجع، حدود %30 بهبود مقاومت سایشی و حدود %10 بهبود اصطکاک در سطح بتن خیس را در نمونه بهینه نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of nano carbon black on the tribological properties of a hybrid filler tire tread compound containing modified silica

نویسندگان [English]

  • Mohammad Sadegh Soleymani
  • Mehdi Razzaghi-Kashani
  • Elmira Vafakish
Polymer Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: The use of nano carbon black as the secondary filler in the hybrid filler system improves tirbological properties of tire tread compounds, such as abrasion resistance and coefficient of friction (COF), due to improvements in dispersion of modified silica as the primary filler. This improvement in dispersion of primary filler is attributed to the barrier effect of secondary filler in flocculation of primary filler.
Methods: In this research, a hybrid-filler system, modified silica as the primary filler with a fixed concentration and nanocarbon black with small concentrations as the secondary filler, were used to prepare tire tread compounds. The concentration of nano carbon black was kept below its percolation threshold based on previous experiences. Vulcanization rheometry, scanning electron microscopy, dynamic-mechanical analysis in time, strain, and temperature sweeps were carried out to find the optimum amount of nano carbon black. Tribological properties, including COF and abrasion resistance were measured for these hybrid filler compounds.
Findings: The results showed that improvement in dispersion of modified silica was achieved by addition of 0.75 part per hundred rubber as the optimum amount of nanocarbon black in a hybrid-filler system, and reduction in the nonlinear viscoelastic behavior or the Payne effect in rubber compounds confirmed the morphological synergy in the optimum hybrid filler compound. Tribological tests including COF and abrasion resistance of vulcanized rubber compounds showed an improvement in the compound with optimal amount of nanocarbon black. Also, measurement of storage modulus in strain sweep showed reduced flocculation of modified silica after mixing in the presence of nano carbon black. Tribological studies, including COF and abrasion resistance, showed improvement for the vulcanized compound with optimum amount of nano carbon black. Comparing the results with the reference compound, abrasion resistance was increased 30% and COF on wet concrete was improved 10% for the optimum compound.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hybrid Filler System
  • Tire Tread Compound
  • nano carbon black
  • modified silica
  • tribological properties