Karbon siyahı çeşidi ve miktarının, doğal kauçuk/butadıen kauçuk karışımının reolojik, mekanik ve termomekanik özellikleri üzerine etkisi
The effect of carbon black on the rheological, mechanical and termomechanical properties of natural and butadiene rubber blends
Yazar: MERT GÖKSÜZOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. ENGİN BURGAZ
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu çalışmada, farklı partikül büyüklüklerine ve yapılara sahip karbon siyahları ile güçlendirilmiş doğal kauçuk-butadiyen kauçuk karışımı kompozit malzemelerin reolojik, mekanik ve termomekanik özellikleri incelenmiştir. Kauçuk proses analiz cihazı kullanılarak doğal kauçuk-butadiyen kauçuk/karbon siyahı bileşenlerinden oluşan karışımların vulkanizasyon karakteristikleri belirlenmiştir. Tüm çalışma boyunca hızlandırıcılar ve kükürt gibi vulkanizasyon kimyasalları sabit tutulmuştur. NR/BR karışımlarına yüksek yapılı karbon siyahları ve geleneksel karbon siyahları çeşitleri eklenerek (45 - 90 phr aralığında)  aşınma direncini artırmak ve tandelta, gerilim gevşemesi değerlerini düşürmek amacıyla güçlendirici etkisi çalışılmıştır. Kayıp faktörü (tandelta) DMA (dinamik mekanik analiz) testlerinin yanısıra, RPA (Rubber Process Analyser - Kauçuk Proses Analizi) cihazı ile, 3 Hz frekans, %1 açısal gerinim ve 50 °C sıcaklıkta ölçülmüş; sonuçlar DMA datası ile birbirini sağlamaktadır. Gerilim gevşemesi testleri 0.2 değerinde sabit gerinim altında basma plakaları ile gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar değerlendirildiği zaman, NR/BR-karbon siyahı kompozitlerinde kullanılan karbon siyahının partikül büyüklüğü azaldıkça (yüzey alanı arttıkça) kauçuk malzemenin aşınma direncinin, modülüs değerinin ve gerilim gevşemesine olan direncinin arttığı görülmektedir.  Kauçuk malzemenin sertlik ve yoğunluk değeri karbon siyahi miktarı arttıkça artmaktadır. Kullanılan karbon siyahının partikül büyüklüğünün küçüldükçe tandelta değerinin arttığı bilinmektedir. Bu çalışmada NR/BR-karbon siyahı kompozit malzemelerinde istenen mekanik özelliklere ve aynı zamanda düşük tandelta değerine ulaşılması için deneysel parametreler optimize edilmeye çalışılmıştır.

Abstract:
In this study, a number of natural rubber(NR)-butadiene rubber(BR) composite materials reinforced with carbon black particles (with different size and structure) were manufactured to determine the rheological, mechanical and thermomechanical properties. The rubber process analyzer (RPA) test was used to identify the curing characteristics of NR-BR/carbon black composites. The vulcanization chemicals (accelerators and sulfur) were kept constant during the study. Different types of highly structured and conventional carbon black particles (in the range of 45-90 phr) were incorporated into the NR-BR matrix as reinforcements in order to decrease the loss factor (tan δ) and stress-relaxation, and increase the abrasion resistance. The loss factor was also determined by using the RPA instrument at 50 ºC, 3 Hz frequency, %1 angle strain, and the results are in good agreement with the DMA data. The stress-relaxation tests were carried out by using the compression plates at a constant strain of 0.2. The results showed that the wear strength, storage modulus, tensile strength and resistance to stress-relaxation of NR-BR/carbon black composite materials increase with the decrease of carbon black particle size. The hardness, and density increases as the weight percent of carbon black increases in NR-BR/carbon black composite materials. It is known that tan δ increases with the decrease of particle size. In this work, desired mechanical properties and low tan δ values were tried to reach at the same time by optimizing the experimental parameters of NR-BR/carbon black composites.