A study of temperature cycling effect on the viscoelastic behaviour of natural rubber

การศึกษาสมบัติการหยุ่นหนืดของยางธรรมชาติภายใต้สภาวะการขึ้นลงของอุณหภูมิอย่างเป็นวัฎจักร

Name: Chuleekorn Tangjai

LCSH: Rubber

LCSH: Stress relaxation

LCSH: Temperature

LCSH: Viscoelasticity

Abstract: Rubber is employed as an engineering material for dynamic absorption applications such as a bridge bearings and an automobile parts. The repeated change in temperature in a cycle affects the viscoelastic behaviour of rubber. Therefore, relaxation behaviour under a temperature cycling process was investigated. Natural rubber (NR), with a high relaxation rate, was chosen as a model in this study. Important factors such as initial strain and crosslink density were controlled in order to simplify the investigation. The micro-tension apparatus was built in order to study the relaxation behaviour in the water environment because the heat conductivity in water is better than in air. The relaxation behaviour of unfilled NR under the temperature cycling process was firstly investigated. William-Landel-Ferry theory was employed in this study in order to verify that both change in entropy and reduction in the internal viscosity could be considered as the explanation for the relaxation behaviour when the temperature was raised. However, the stress was dramatically decreased when the temperature was immediately reduced during the temperature cycling process. The difference in mobility of the rubber chains due to the non-equilibrium temperature over the rubber system caused a breakdown of physical interaction between elastomer-elastomer. Therefore, the stress relaxation behaviour could be accelerated by performing temperature cycling process. Cycling temperature repeatedly could reduce a large number of elastomer-elastomer interactions. Not only might physical interaction between elastomer and elastomer be diminished but chemical interaction might also be reduced when the temperature gradient of the temperature cycling is high enough. The effect of time interval of the temperature cycling on the relaxation behaviour was also studied. Only time interval in the second step of temperature cycling should be concerned when the rubber was operated under temperature cycling. Furthermore, the relaxation behaviour of the carbon black filled NR under temperature cycling was also studied. The reduction in stress due to the temperature cycling process was governed equally by the break down in elastomer-elastomer interaction, elastomer-filler interaction and filler-filler interaction. The temperature cycling technique was also employed to study the interaction between elastomer and filler in carbon black filled NR prepared by incorporating carbon black into latex NR (NR-Mast). The results indicated that the elastomer interacted with carbon black by the physical linkage.

Abstract: ปัจจุบันยางได้นำไปใช้งานทางด้านวิศวกรรม โดยนำไปใช้งานทางด้านการรับแรงทางพลศาสตร์ ซึ่งสามารถเห็นได้ทั่วไปในชีวิตประจำวัน เช่น ยางรองคอสะพาน และ ยางที่เป็นส่วนประกอบยานยนต์ การ เปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในสภาวะการขึ้นลงของอุณหภูมิอย่างเป็นวัฎจักร ส่งผลต่อพฤติกรรมการหยุดหนืดของ ยาง ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงศึกษาผลของการขึ้นลงของอุณหภูมิอย่างป็นวัฎจักรต่อพฤติกรรมการหยุ่นหนืดของ ยาง โดยเลือกศึกษายางธรรมชาติ ซึ่งมี relaxation rate สูง และศึกษาปัจจัยต่างๆที่ส่งผลต่อพฤติกรรมการ relax ตัวของยาง เช่น ระยะดึงยืดเริ่มต้น และ crosslink density ซึ่งในงานวิจัยนี้ศึกษาผลของการขึ้นลง ของอุณหภูมิอย่างป็นวัฎจักรต่อพฤติกรรมการหยุ่นหนืดของยางในน้ำ โดยใช้เครื่อง micro-tension ทำ การทดสอบ ที่เท่า ่าดำ ดังนั้นเพื่อการเข้าใจผลที่เกิดขึ้นจากการศึกษาผลของการขึ้นลงของอุณหภูมิอย่างป็นวัฎจักรต่อ พฤติกรรมการหยุ่นหนืดของยางธรรมชาติ จึงทำการศึกษาผลที่เกิดขึ้นกับ WLF theory พบว่าผลที่เกิดขึ้น เป็นผลอันเนื่องมาจากการแข่งขันระหว่าง Entropy effect กับ การลดลงของ Internal viscosity โดย การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในสภาวะการขึ้นลงของอุณหภูมิอย่างเป็นวัฎจักรจะทำให้ stress ลดลง อันเนื่องมา จากการทำลายแรงยึดเหนี่ยวทางกายภาพระหว่าง ยางกับยาง ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในสภาวะการขึ้น ลงของอุณหภูมิอย่างเป็นวัฎจักรจะเร่งการ relax ตัวของยางมากขึ้น และยิ่งจำนวนการขึ้นลงของอุณหภูมิ อย่างเป็นวัฎจักรมากขึ้นการทำลายแรงยึดเหนี่ยวทางกายภาพระหว่างยางกับยางมากขึ้นด้วย นอกจาก นี้การ ทำลายแรงยึดเหนี่ยวทางเคมียังสามารถเกิดขึ้นได้ เมื่ออุณหภูมิในสภาวะการขึ้นลงของอุณหภูมิอย่างเป็นวัฎ จักร หรือ Temperature gradient มากพอ และพบว่าเวลาช่วงที่มีอุณหภูมิสูงของสภาวะการขึ้นลงของ อุณหภูมิอย่างเป็นวัฎจักร ส่งผลต่อพฤติกรรมการหยุดหนืดของยาง โดยทั่วไปการใช้งานยางมักมีการเติมสาร เติมแต่งเพื่อเพิ่มความแข็งแรง เช่น เขม่าดำ หรือที่เรียกว่า carbon black จากการศึกษาผลของการเปลี่ยน แปลงอุณหภูมิในสภาวะการขึ้นลงของอุณหภูมิอย่างเป็นวัฎจักรในยางที่มีการเติมเขม่าดำ พบว่าพฤติกรรม การหยุ่นหนืดของยางจะถูกควบคุมโดยแรงยึดเหนี่ยวระหว่างยางกับยาง แรงยึดเหนี่ยวระหว่างยางกับเขม่าดำ และ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างเขม่าดำกับเขม่าดำ ซึ่งผลของการขึ้นลงของอุณหภูมิอย่างเป็นวัฎจักร จะส่งผลต่อ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างยางกับยาง แรงยึดเหนี่ยวระหว่างยางกับเขม่าดำ และ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างเขม่าดำกับ เขม่าดำ ในสัดส่วน กัน และจากผลการศึกษาสามารถพิสูจน์ได้ว่าการเตรียมยางที่เติมเขม โดยวิธี masterbatch แรงยึดเหนี่ยวระหว่างยางกับเขม่าดำน่าจะเป็นแบบกายภาพเป็นส่วนใหญ่

Mahidol University

Address: NAKHON PATHOM

Email: liwww@mahidol.ac.th

Name: Chudej Deeprasertkul

Role: Thesis Advisors

Created: 2004

Modified: 2553-03-20

Issued: 2010-02-19

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

ISBN: 9740452892

CallNumber: TH C559s 2004

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Descipline: Polymer Science and Technology

Grantor: Mahidol University

©copyrights Mahidol University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	4436295.pdf	1.93 MB	52	2026-05-26 18:16:01

ใช้เวลา

-0.557298 วินาที