Kinetyka wulkanizacji i właściwości mieszanek kauczuku naturalnego opartych na włóknie klonowym/krzemionce/sadzy

Rosnąca obawa o zmniejszanie się zasobów surowców nieodnawialnych i ropopochodnych doprowadziła do wzrostu zainteresowania rozwojem mieszanek na bazie kauczuku naturalnego (NR) napełnionych naturalnym wzmocnieniem pochodzącym ze źródeł biodegradowalnych i odnawialnych. Ze względu na ich słabą kompatybilność z NR, mikronowych rozmiarów włókna naturalne nie mogą być bezpośrednio stosowane jako substytut konwencjonalnych napełniaczy wzmacniających. Mogą być one jednak używane w połączeniu z napełniaczami wzmacniającymi w celu stworzenia hybrydowego systemu zmniejszającego koszty, gęstość i czas przetwarzania mieszanek kauczukowych. W badaniach wykorzystano sadzę, krzemionkę i włókna klonowe jako hybrydowy system napełniający w mieszance opartej na kauczuku naturalnym. W szczególności zbadano wpływ zawartości krzemionki/klonu na kinetykę i morfologię wulkanizacji oraz właściwości mechaniczne i fizyczne wulkanizatów NR. Wyniki badań wykazały, że włókna klonowe zwiększają szybkość reakcji sieciowania, natomiast krzemionka ją zmniejsza. Ponadto krzywe sieciowania wykazały, że mieszanki NR napełnione włóknami klonowymi mają większą odporność na starzenie w wyższej temperaturze sieciowania niż mieszanki NR napełnione krzemionką. Stwierdzono również, że wyższy stosunek włókien klonowych do krzemionki prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości na rozciąganie, wydłużenia przy zerwaniu i gęstości, ale wzrostu twardości i modułu sprężystości przy rozciąganiu. Analiza morfologiczna potwierdziła niekompatybilność włókien klonowych i NR (puste przestrzenie międzyfazowe), a wprowadzenie wysokiej zawartości krzemionki wynoszącej 20 phr (20 części masowych na 100 części masowych kauczuku) spowodowało aglomerację wewnątrz mieszanek kauczukowych.

The rising concern of decreasing non-renewable and petroleum-based resources led to increasing interests in the development of natural rubber (NR)-based composites filled with natural reinforcement coming from biodegradable and renewable sources. Nevertheless, because of their poor compatibility with NR, micron-sized natural fibers cannot be directly used as a substitute for conventional reinforcing fillers. However, they can be used in combination with reinforcing fillers to form a hybrid system to reduce the costs, density and processing time of rubber compounds. In this study, carbon black, silica and maple fibers were used as a hybrid filler system into a natural rubber formulation. In particular, the effect of silica/maple content was investigated to determine its effect on the vulcanization kinetics and morphology, as well as on the mechanical and physical properties of NR. The results showed that maple fibers increased the crosslinking reaction rate while silica decreased it. Furthermore, the curing curves showed that NR compounds filled with maple fibers had better ageing resistance at higher curing temperatures compared with NR compounds filled with silica. It was also found that higher maple fibers/silica ratio led to lower tensile strength, elongation at break and density, but higher hardness and tensile modulus. Finally, a morphological analysis confirmed the incompatibility between maple fibers and NR (interfacial voids) and that the inclusion of high silica content (20 phr) resulted in agglomeration inside the rubber compounds.