فرضیه : در کامپوزیت های الاستومری، پدیده های بین سطحی همچون اثر پرکننده تقویتی بر دینامیک مولکولی زنجیر لاستیکی در فاز میانی و چگونگی برهم کنش لاستیک-پرکننده منشأ تغییر انرژی کرنش یا اتلاف گران روکشسان کامپوزیت در آمیزه بسیار پرشده لاستیکی است. با هدف کسب تقریب اولیه از چگونگی اثرپذیری انرژی کرنش از پدیده های فصل مشترک شامل سفتی، اتلاف فاز میانی و کیفیت اتصال در فصل مشترک، در این پژوهش مدل ریزساختاری جزء محدود در حالت دوبعدی و سه بعدی ایجاد و مشخصه های مؤثر بر تغییرات خواص مکانیکی مطالعه شد. اثر تغییر در سفتی بین فازی و تغییر در ماهیت گران رو کشسان آن، تغییر در مقدار تماس لاستیک با پرکننده در حالت های کاملاً مقید و ترکیب آن با لغزش اصطکاکی مدل سازی شد.روش ها: کامپوزیت های لاستیک استیرن بوتادی ان محلولی تقویت شده با سیلیکا با روش اختلاط مذاب تهیه شدند. بدین منظور لاستیک به همراه سیلیکا و جفت کننده سیلانی درون مخلوط کن داخلی مخلوط شد. ضریب پرشدگی، دما و سرعت چرخاننده مخلوط کن طوری تنظیم شد تا واکنش سیلانی شدن انجام شود. سپس پیمانه اصلی با سامانه پخت روی آسیاب دوغلتکی مخلوط و در نهایت نمونه زیر فشار در دمای 160 درجه سلسیوس پخت شد.یافته ها: در توافق با نتایج مدل سازی، آزمون کشش کامپوزیت نشان داد، مهم ترین عامل کنترل کننده، نوع اتصال لاستیک-پرکننده در ناحیه بین فازی است. نتایج شبیه سازی بیانگر این بود که در نظرگرفتن لغزش اصطکاکی در ناحیه بین فازی سبب کاهش انتقال تنش از ماتریس به ذره شد. در حالی که در مدل های با ناحیه بین فازی کاملاً مقید، به دلیل انتقال کامل تنش از ذره به ماتریس، خواص مکانیکی انحراف شایان توجهی نسبت به نتایج تجربی نشان داد. همچنین مدل سه بعدی پیش بینی های بهتری نسبت به مدل دوبعدی ارائه کرد.

در این پژوهش، اثر استفاده از پودر لاستیک ریزدانه تهیه شده به روش جت آب در آمیزه رویه تایر رادیال سواری مطالعه شده است. آثار برهم کنشی پودر لاستیک با سایر اجزای فرمول بندی در قالب طرح آزمون آماری، افزودن کمک فراورش (Vestenamer)، همچنین اثر افزایش مقدار عوامل پخت آمیزه ها در مجاورت پودر لاستیک مطالعه شد. آمیزه های لاستیکی در مخلوط کن داخلی آزمایشگاهی تهیه و نتایج خواص رئومتری و فیزیکی به دست آمده تحلیل شد. در بخش طرح آزمون آماری مدل های رگرسیون شامل جمله های خطی و برهم کنش دوتایی برحسب سه متغیر مورد مطالعه برای هر خاصیت به طور موفقیت آمیز توسعه و اعتبارسنجی آماری شد. پودر لاستیک اثر کاهشی بر خواص کششی نشان داد که بخشی از آن به کاهش چگالی اتصالات عرضی به واسطه مهاجرت گوگرد از فاز لاستیک به فاز پودر لاستیک نسبت داده شد. کاهش جزئی اما معنی دار آماری در خواص و رفتار پیرسازی، جهندگی و سایش از دیگر ویژگی های استفاده از پودر لاستیک بود. اما، مقاومت پارگی و رشد ترک دی متیا با افزایش پودر بهبود معنی دار نشان داد که به اثر کاهشی پودر لاستیک بر مدول آمیزه ارتباط داده شد. نشان داده شد، با افزایش جزئی مقدار عوامل پخت، گوگرد و شتاب دهنده، می توان ضمن حفظ نسبی سایر خواص، کاهش خواص کششی را تا حدودی و کاهش سایش، جهندگی و پیرسازی را به طور کامل جبران کرد. همچنین نشان داده شد، در محدوده مطالعه شده کمک فراورش وستنامر اثر چندانی بر خواص به جز سایش در مجاورت پودر لاستیک ندارد.

اثر آمیخته سازی با کائوچوی طبیعی و کائوچوی بوتادی ان و آمیخته سازی با دوده N330 بر رفتار پخت و خواص فیزیکی-مکانیکی آمیزه رویه تایر بر پایه کائوچوی SBR و دوده N234 بررسی شده است. هم چنین، اثر مقدار گوگرد و شتاب دهنده بر خواص مختلف آمیزه لاستیکی در بازه گسترده مقادیر عوامل پخت مطالعه شد. جای گزینی بخشی از کائوچوی SBR با کائوچوی طبیعی بهبود قابل توجه در مقاومت پارگی، رشد ترک، گرما زایی، خواص پخت و سایش را به دنبال داشت بدون آن که سختی، پراکنش و استحکام کششی تغییر محسوسی کند. جای گزینی با کائوچوی بوتادی ان نیز همین روند را به همراه داشت بجز این که سرعت رشد ترک افزایش قابل توجهی نشان داد. جای گزینی بخشی از دوده N234 با دوده N330 باعث افت اندک در سایش و مقاومت پارگی شد. اما، سرعت رشد ترک را کاهش داد. سرعت رشد ترک با افزایش مقدار گوگرد و شتاب دهنده افزایش و مقدار سایش ابتدا کاهش و سپس افزایش نشان داد. استحکام کششی و مقاومت پارگی نیز ابتدا روند افزایشی با چگالی اتصالات عرضی نشان دادند و سپس با افزایش بیشتر دچار افت شدند. مطالعه ساز و کارهای حاکم نشان داد در کنار ساز و کار بلورینگی القایی زنجیرهای لاستیک، ساز و کار قابلیت تحرک زنجیرها بر رشد ترک حاکمیت دارد. حال آن که برای سایر خواص شکست، رقابتی بین این ساز و کار با ساز و کار تقویت مشهود است. در نهایت فرمول بندی بهینه بر پایه آمیخته سه تایی لاستیکیSBR/BR/NR  و دوتایی دوده ای N234/N330 که در آن سطح چگالی اتصالات عرضی و نسبت گوگرد به شتاب دهنده بهینه شده است.

تایر ها در زمره مهمترین و پرمصرف ترین محصولات لاستیکی می باشند که نقش های بسیار حیاتی در خودروها برعهده دارند فرایند اصلی ساخت تایر ولکانش شتابداده شده ی گوگردی است لذا مدل سازی این فرایند برای بهینه سازی فرایند بسیار با اهمیت است در این تحقیق چگونگی تغییرات گشتاور آمیزه بلت در طی پخت تایر رادیال مدل سازی شده است بدین صورت که ابتدا از آمیزه بلت تایر رادیال خط تولید نمونه برداری و مورد آزمایش رئومتر گرفته نمودار پخت آن بدست آمد. مدل سازی نمودار گشتاور حاصل از دستگاه رئومتر با استفاده از روش مدل سازی پدیده نگر سینتیک واکنش اجرا شد. معادله پیشنهادی متشکل از دو جمله یکی مربوط به ناحیه پخت و دیگری ناحیه برگشت بود و پارامترهای هر کدام با برازش بدست آمد با تکرار برازش مدل در دماهای دیگر وابستگی پارامترهای این معادله با دما بدست آمد. پخت تایر فرایندی غیر همدما است بنابراین پس از انجام تست ترموکوپل برروی یک تایر رادیال داده های تغییرات دما در ناحیه بلت تایر به مدل داده شد و تغییرات گشتاور حاصل در فرایند محاسبه شد.

در این پژوهش، اثر استفاده از دوده ها به دو شکل تک و مخلوط بر خواص مکانیکی، دینامیکی و گرمایی آمیزه لاستیکی رویه تایر سواری رادیال بررسی شد. بدین منظور، ابتدا یک فرمول بندی بر پایه دو کائوچوی مصنوعی SBR و BR و 60 قسمت وزنی دوده به همراه سایر اجزای آمیزه کاری درنظر گرفته شد. سپس 10 آمیزه بر پایه آمیزه مبنا، با دوده های مختلف تهیه و آزمون های لازم پس از پخت روی آنها انجام شد. این آزمون ها شامل آزمون های مکانیکی (استحکام کششی، درصد ازدیاد طول، سایش، سختی و جهندگی)، آزمون های دینامیکی شامل DMTA در حالت کششی و همچنین آزمون گرمایی بودند. نتایج به دست آمده حاکی از این است که آمیزه حاوی دوده N550 کمترین مقاومت سایشی و افزایش دما را نشان می دهد. در حالی که آمیزه حاوی دوده N220 به دلیل ساختار پیچیده بیشترین گرمااندوزی را دارد. برای رسیدن به حالت توازن از نظر خواص مکانیکی و دینامیکی از مخلوط دوده ها بهره گرفته شد که بهبود در مقاومت غلتشی، قدرت چنگ زنی و مقاومت سایشی را به همراه داشت. همچنین، در پژوهش های پیشین نشان داده شده بود که می توان با استفاده از داده های آزمون کشش روی نمونه های نواری شکل رفتار ابرکشسان گرانرو آمیزه های لاستیک پخت شده را مطالعه کرد. بنابراین در کار حاضر، روش جدید سنجش مقدار اتلاف انرژی ناشی از تغییر شکل (اختلاف انرژی بین حالت کاملا کشسان و حالت واقعی) هر آمیزه به کمک روش اجزای محدود و نرم افزار ABAQUS/Standard ارائه و نشان داده شد که نتایج حاصل موید صحت نتایج به دست آمده از آزمون های دینامیکی و گرمااندوزی است.

در پژوهش حاضر، بهینه سازی خواص مکانیکی، دینامیکی و گرمایی آمیزه رویه تایر رادیال سواری با تاکید بر نقش و اثر سه جزء شتاب دهنده، دوده و روغن آروماتیک انجام شد. بدین منظور، ابتدا فرمول بندی مبنا بر پایه دو کائوچوی SBR/BR و گوگرد و سایر اجزای آمیزه کاری و بدون سه بخش یاد شده در نظر گرفته شد. اثر دو سامانه شتاب دهنده CBS/TMTD و TBBS/TMTD در مقادیر و نسبت های مختلف و به شکل نیمه کارا روی خواص آمیزه مبنا بررسی شده و بر این اساس سامانه شتاب دهنده مناسب انتخاب شد. سپس، آمیخته دوده های N330 و N550 در مقادیر و نسبت های مختلف به آمیزه اضافه شد و خواص آن بررسی و مقایسه شد تا مقدار بهینه آمیخته دوده ای N330/N550 مشخص شود. سرانجام، با مطالعه اثر مقادیر مختلف روغن آروماتیک روی خواص آمیزه رویه تایر، مقدار آن و نیز خواص بهینه آمیزه نهایی مشخص شد. برای تعیین خواص بهینه آمیزه نهایی آزمون های مکانیکی (استحکام کششی، درصد ازدیاد طول تا پارگی، خستگی، سایش، سختی و جهندگی)، آزمون های دینامیکی شامل DMTA در حالت کششی و همچنین آزمون گرمااندوزی انجام شد. نتایج نشان داد، خواص بهینه آمیزه در سامانه شتاب دهنده CBS به مقدار 0.8 قسمت وزنی و TMTD به مقدار 0.7 قسمت وزنی، آمیخته دوده های N330/N550 به نسبت 20/40 و روغن آروماتیک به مقدار 15 قسمت وزنی حاصل می شود.

فرضیه افزایش رسانندگی گرمایی آمیزه های لاستیکی از نظر توزیع یکنواخت خواص در نقاط مختلف قطعه لاستیکی و نیز کاهش زمان پخت حائز اهمیت است که بر کیفیت و قیمت نهایی محصول اثر می گذارد. پودر آلومینای به دست آمده از فناوری پیرولیز افشانه ای دارای شکل شناسی مناسبی است، بنابراین می تواند پرکننده موثری در آمیزه های تایر باشد. روش ها شکل شناسی، ترکیب و اندازه بلور پودر جدید با استفاده از SEM، وXRD و پخش سنج بررسی شد. پودر به فرمول بندی آمیزه رویه تایر بر پایه SBR/BR اضافه و خواص پخت، مکانیکی و نیز رفتار رسانندگی گرمایی آمیزه تعیین شد. خواص نفوذپذیری گرمایی، با نرم افزار شبیه ساز Abaqus و به کمک نیم رخ دمایی تجربی به دست آمده برای مرکز قطعه لاستیکی محاسبه شد. یافته ها مشخص شد، رسانندگی گرمایی لاستیک با وجود پرکننده آلومینا تا 3phr بهبود می یابد. افزایش ضریب نفوذپذیری گرمایی به بهبود پدیده انتقال فونون در ماتریس لاستیک با وجود این پرکننده رسانای گرمایی در کنار دوده نسبت داده شد. بهبود شایان توجهی نیز در رشد ترک دی متیا با وجود این پرکننده جدید دیده شد. سایر خواص مکانیکی به جز مقاومت پارگی تغییرات معنی داری نشان نداند. با وجود این، نتایج آزمون رئومتری نشان داد، سرعت پخت آمیزه ها با وجود این پودر کاهش می یابد. این رفتار کاهشی به ماهیت اسیدی سطح و وجود گروه های هیدروکسیدی در آن نسبت داده شد. بنابراین، برای اظهار نظر نهایی درباره قابلیت این پرکننده در کاهش زمان پخت تایر نیاز است تا مطالعه جامعی انجام شود.

یکی از عوامل بسیار موثر بر کیفیت تایر ساخته شده مطالعه فرایند شکل دهی آمیزه آج تایر است که در این فرایند اکسترودر از جایگاه ویژه ای برخوردار است. در این پژوهش، ابتدا با در نظر گرفتن تابعیت رفتار جریان از رفتار ویسکوالاستیک ماکسول تعمیم یافته پارامترهای ویسکوالاستیک در مدل ماکسول مانند زمان آسایش تنش (lk) و شاخص گرانروی (hk) محاسبه شد و در مرحله بعد با استفاده از نرم افزار Fastflo و بر اساس روش اجزای محدود مخلوط و نیز فن پنالتی توزیع سرعت جریان در حدیده مویین و حدیده اکسترودر آزمایشگاهی بدست آمد. جریان با تابعیت ویسکوالاستیک ماکسول و بطور همدما فرض شده است. نتایج نشان می دهد که داده های تجربی و محاسبه شده از راه مدل از انطباق بسیار خوبی برخوردارند. شکل های هندسی ساده مانند حدیده مویین نتایج همخوانی بهتری دارند. اما برای شکل های پیچیده تر تفاوت بیشتر می شود. در این پژوهش تورم بعد از حدیده نیز با استفاده از معادله تانر پیش بینی شد.

سیلیکات های لایه ای اصلاح شده با زنجیرهای آلی (خاک رس اصلاح شده) به دلیل ساختار لایه ای، در صورت پراکنش خوب می توانند سبب بهبود قابل توجه خواص مکانیکی کامپوزیت ها شوند. در این پژوهش، برای بهبود خواص آمیزه رویه تایر، از سامانه پرکننده هیبریدی کلویزیت 15A و دوده استفاده شد. رفتار آمیزه ها با اندازه گیری خواص پخت، آزمون های کشش، سایش و مقاومت در برابر رشد ترک بررسی شد. برای بررسی مقدار پراکنش لایه های رس در بستر آمیزه از بررسی الگوهای XRD و میکروسکوپی الکترونی عبوری استفاده شد. نتایج نشان دادند که بهبود در خواص چون استحکام کششی، ازدیاد طول تا پارگی و مقاومت پارگی با جای گزینی 5 قسمت وزنی دوده با خاک رس اصلاح شده به دست می آید. با وجود این، بهبود در خواصی چون مدول و مقاومت سایشی با جای گزینی 3 قسمت وزنی توده با خاک رس اصلاح شده به دست می اید. بنابراین خواص بهینه مورد نیاز برای آمیزه رویه تایر با جای گزینی 3 قسمت وزنی دوده با خاک رس اصلاح شده حاصل می شود. هم چنین، نتایج به دست آمده نشان دادند که با تغییر شرایط اختلاط و دادن زمان کافی پس از اختلاط آمیزه برای ایجاد پراکنش بهتر لایه های رس، بهبود در خواص مکانیکی و سایشی نمونه ها مشاهده شد. الگوهای XRD و تصاویر TEM نشان دادند که با تغییر شرایط اختلاط و دادن زمان پس از اختلاط آمیزه، فاصله بین صفحات خاک رس اصلاح شده از 5.5 به 13.5mm افزایش یافته است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.