Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)
100 %
Ortelius classification: Plastics technology
Panel
Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent
Department of Polymer Engineering (Budapest University of Technology and Economics)
Participants
Karger-Kocsis, József Mészáros, László
Starting date
2012-01-01
Closing date
2015-08-31
Funding (in million HUF)
19.910
FTE (full time equivalent)
2.58
state
closed project
Summary in Hungarian
A gumik előállításához használt receptúrák igen összetettek, mivel különböző adalékok szükségesek a fizikai és mechanikai tulajdonságaik beállításához. Erősítőanyag bevitelével a viszkozitás nő, s így a keverék feldolgozhatósága jelentős mértékben romlik. A viszkozitást lágyítók és belső csúsztatók hozzáadásával lehet csökkenteni ugyan, ezek azonban negatívan befolyásolják termék fizikai-mechanikai tulajdonságait. Az optimális megoldás olyan adalék lenne, amely a viszkozitást csökkenti és egyidejűleg erősítőanyagként is funkcionál. E kettős cél kielégítésére ciklikus butilén tereftalát (CBT) oligomerek bevitele tűnik alkalmasnak. A projekt célja annak vizsgálata, hogy a CBT adalékolása (típus, mennyiség) miként befolyásolja az elasztomerek, ill. keverékeik ömledékviszkozitását, és hatására a mechanikai tulajdonságok milyen mértékben javíthatók. Az előállított keverékek viszkozitását reométerrel vizsgáljuk. Fázisszerkezetük, ill. a CBT olvadásának/kristályosodásának vizsgálatára differenciál pásztázó kalorimétert (DSC), és dinamikus-mechanikai termikus analizátort (DMTA) alkalmazunk. A keverékek mechanikai tulajdonságainak jellemzése szakítóvizsgálatokkal, míg a szívósság alkalmas törésmechanikai módszerek révén történik. A CBT kristályok eloszlásának, méretének és alakjának meghatározása a töretfelület pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) elemzésével történik. Az elvárt eredmény összefüggés a morfológia és a mechanikai tulajdonságok, ill. a morfológia és a szívósság között.
Summary
The recipe of rubbers is quite complex. Apart of curatives, further additives are added to improve certain physical and mechanical properties. With increasing filler content the processability of rubbers is strongly reduced. Therefore extenders are incorporated to decrease the viscosity of the related mixes. However, their presence may affect negatively the physical properties of the products. To overcome this problem an additive which works as reinforcement and viscosity reducer at the same time should be the ultimate solution. Aims of this project are to show that cyclic buthylene terephthalate oligomers (CBT) can be used as viscosity reducing and reinforcing additive at the same time in selected rubber recipes. The viscosity (processability) of the mixtures will be measured in both plate-plate and capillary rheometers. The phase structure of the blends, the melting/crystallization of CBT will be assessed by differential scanning calorimetry (DSC), dynamic-mechanical thermal analysis (DMTA). Tensile properties and the toughness (with fracture mechanical methods) of the hybrids will also be assessed. The dispersion, the size and the shape of CBT crystals will be inspected on the fracture surface in a scanning electron microscope (SEM). Relationships between morphology and mechanical properties (including toughness) will be deduced.
Final report
Results in Hungarian
Munkánk célja a ciklikus butilén tereftalát oligomer (CBT) gumiipari adalékként történő felhasználásának részletes vizsgálata volt. Alacsony ömledékviszkozitásának, valamint annak köszönhetően, hogy ömledékből hűtve újrakristályosodik ígéretes adalékanyag lehet gumikban, amellyel egyszerre megvalósítható a feldolgozhatóság javítása, valamint a kész gumitermék mechanikai tulajdonságainak javítása. Eredményeink alapján kijelenthető, hogy a feldolgozhatóság javítása minden vizsgált gumikeverékben könnyen megvalósítható, azonban a mechanikai tulajdonságok javulása már nem minden esetben figyelhető meg. Nyújtásra kristályosodó elasztomerekhez adalékolva azok mechanikai tulajdonságai romlottak, ám a vizsgált mesterséges kaucsukok esetén (különösen a polárosaknál) jelentős erősítőhatással bírt, természetesen a már említett javított feldolgozhatóság mellett. Korommal töltött keverékek esetén az erősítőhatás szintén kisebb mértékű, de az itt is jelen lévő viszkozitáscsökkenés szintén előnyös. Mindezek mellett a CBT felhasználása előnyös lehet elasztomer mátrixú nanokompozitok fejlesztése során is. Többfalú szén nanocsővel (MWCNT) egy őrlési folyamat segítségével sikeresen létrehozható olyan CBT-nanocső porkeverék, amely később elasztomerekbe keverve kiváló útja lehet MWCNT erősítésű gumimátrixú nanokompozitoknak.
Results in English
Our work was devoted to the detailed investigation of the possibilities of the utilization of cyclic butylene terephthalate oligomer (CBT) in rubbers. Due to its very low melt viscosity and the ability to recrystallize upon cooling this material is a promising candidate as a bifunctional additive. Bifunctionality means that in molten state it could enhance the processability by viscosity reduction and recrystallize into a reinforcing phase in the final rubber product. According to our results viscosity reduction can be easily achieved by CBT in every tested rubber. However, the improvement in the processability is not accompanied by enhanced mechanical properties in all cases. Rubbers with strain-induced crystallization capabilities (namely NR) showed deteriorated mechanical properties in the presence of CBT. Nevertheless, the incorporation of CBT into synthetic rubbers (especially polar ones) resulted in the improvement of both mechanical and processing properties. In carbon black filled rubbers the reinforcing effect through CBT is also not so pronounced, but the improvement in the processability was confirmed. Besides this application, CBT seems to be a suitable carrier material in the development of novel rubber nanocomposites. It was shown that milling multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) with CBT together is an advantageous way to produce nanofiller dry blends, which can be incorporated in rubber matrices to produce MWCNT reinforced rubbers.
Halász I., Bárány T.: Novel bifunctional additive for rubbers: Cyclic butylene terephthalate oligomer, Periodica Polytechnica Mechanical Engineering (elfogadva, megjelenés alatt), 2015
Halász I., Bárány T.: Styrene-butadiene rubber/graphene nanocomposites: Effect of co-milling with cyclic butylene-terephthalate, Materials Science Forum, 812: 65-70, 2014
Halász I., Bárány T., Karger-Kocsis J.: Effect of cyclic butylene terephthalate (CBT) oligomer on the processability and mechanical properties of a thermoplastic polyester elastomer, GÉPÉSZET2012. 2012. május 24-25., Budapest, CD Proceeding, 2012
Karger-Kocsis J., Felhős D.: Sliding friction and wear of "nanomodified" and coated rubbers, Tribology of Polymeric Nanocomposites (Eds.: Friedrich K. and Schlarb A.K.), Elsevier, Oxford, Chapter 13, pp. 437-466, 2013
Halász I., Bárány T., Karger-Kocsis J.: Elasztomer alapú nanokompozitok: a nanoadalékok eloszlatásának egy új módszere, IX. Országos Anyagtudományi Konferencia, 2013. október 13-15. Balatonkenese, 2013
Halász I., Bárány T.: Styrene-butadiene rubber/graphene nanocomposites: Effect of co-milling with cyclic butylene-terephthalate, Materials Science Forum, 2014, benyújtva, 2014
Halász I., Bárány T.: Elasztomerek tulajdonságainak újszerű módosítási lehetősége, Műanyag és Gumi, 51: 315-318, 2014
Halász I., Bárány T., Karger-Kocsis J.: Effect of cyclic butylene terephthalate (CBT) oligomer on the processability and mechanical properties of a thermoplastic polyester elastomer, GÉPÉSZET2012. 2012. május 24-25., Budapest, CD Proceeding, 2012
Halász I., Bárány T., Karger-Kocsis J.: Elasztomer alapú nanokompozitok: a nanoadalékok eloszlatásának egy új módszere, IX. Országos Anyagtudományi Konferencia, 2013. október 13-15. Balatonkenese, 2013
Halász I., Bárány T., Karger-Kocsis J.: Effect of cyclic butylene-terephthalate on carbon black filled rubbers, IRC 2015 International Rubber Conference, Nürnberg, Németország (2015.06.29-2015.07.02.), 2015
Halász I., Bárány T., Karger-Kocsis J.: Styrene-butadiene rubber nanocomposites reinforced with various nanofillers co-milled with cyclic butylene-terephthalate, ICNN 3rd the 3rd International Conference on Nanomechanics and Nanocomposites, Hong-Kong (2014.05.22-2014.05.25.), 2014
