IJE TRANSACTIONS C: Aspects Vol. 28, No. 6 (June 2015) 932-939    Article in Press

downloaded Downloaded: 99   viewed Viewed: 1840

V. Chandran, T. Manvel Raj, T. Lakshmanan and M. Senthil Kumar
( Received: December 29, 2014 – Accepted: May 02, 2015 )

Abstract    Effect of different fillers on natural rubber compounds was investigated through curing, mechanical properties and morphology studies for improving mechanical performance of rubber articles. In this work, natural rubber blends with Silica as Single-filler compounds, and blends with Silica and Carbon black as Bi-filler compounds were considered. Then, natural rubber blends with Silica, Carbon black, and Waste Tyre Rubber (WTR) particles as Tri-filler compounds were synthesized by a two - roll mill in specified operating conditions. In addition, natural rubber vulcanizate was prepared by using the same process. The different proportions were presented in Bi and Tri-filler compounds (10, 20, 25, 30, 40 phr) on CB and CB-WTR respectively, whereas Silica was fixed at 20 phr. Curing characteristics showed that scorch time and optimum cure time significantly decreased with compared to natural rubber(NR) vulcanizate in all filler ranges. Whereas, minimum and maximum torque increased trend in all filler ranges. Cure rate index (CRI) also present and it showed significant good variation with the NR vulcanizate. Mechanical properties showed that tensile strength increased up to 30phr of CB in Bi-filler and it increased up to 10 phr with the addition of CB-WTR in Tri-filler compounds. Elongation at break decreased trend in Bi-filler and Tri-filler compounds, whereas maximum value was observed in single-filler compound. Hardness increased trend with addition of CB-WTR in Tri-filler, and it increased up to 25phr in Bi filler compounds. Tensile Modulus increased up to 25phr in Tri-filler and it increased trend in Bi-filler compounds. Tear strength increased up to 20phr and 25phr in Bi and Tri-fillers respectively. Morphological study showed that better filler dispersion and good interfacial adhesion by the natural rubber matrix increased the tensile strength and opposite in tear strength. Among the rubber materials tested, Bi-filler compounds were found to be more suitable for improving the mechanical performance in the rubber applications.


Keywords    Natural rubber; Carbon black; Waste tyre rubber; Silica; different fillers


چکیده    اثر پرکننده های مختلف در ترکیبات لاستیک طبیعی از طریق بهبود، خواص مکانیکی و مطالعات مورفولوژی برای بهبود عملکرد مکانیکی لاستیک مورد بررسی قرار گرفت. در این کار، لاستیک طبیعی با سیلیکا به عنوان ترکیبات تک پر کننده و با سیلیس و کربن سیاه به عنوان ترکیبات پرکننده دوتایی مخلوط می شود. سپس، لاستیک طبیعی که با سیلیکا، کربن سیاه و لاستیک تایر اتلافی (WTR) به عنوان ترکیبات پرکننده سه تایی مخلوط شده است، توسط آسیاب دو رول در شرایط عملیاتی ویژه ای سنتز شدند. علاوه بر این، لاستیک طبیعی ولکانیزه با استفاده از همان پروسه آماده شد. نسبت های مختلف در ترکیبات دوتایی و سه تایی پرکننده (10، 20، 25، 30، 40 phr) در CB و CB-WTR به ترتیب ارائه شده است، در حالی که سیلیکا در 20 ثابت نگه داشته شد. ویژگی های بهبود نشان داد که زمان سوختگی و زمان بهبود مطلوب به طور قابل توجهی نسبت به لاستیک طبیعی ولکانیزه شده در تمام محدوده پرکننده کاهش یافته است. در حالی که حداقل و حداکثر گشتاور، روند افزایشی در تمام محدوده پرکننده داشت. شاخص نرخ درمان (CRI) نیز نشان داده شد و آن تغییر معنی دار خوبی با لاستیک طبیعی ولکانیزه شده نشان داد. خواص مکانیکی نشان داد که استحکام کششی به خاطر کربن سیاه در پرکننده دوتایی تا 30phr و به خاطر اضافه کردن کربن سیاه و لاستیک تایر اتلافی به ترکیبات پرکننده سه تایی تا 10phr افزایش یافته است. زیاد شدن طول، در نقطه شکست در ترکیبات پرکننده دو تایی و سه تایی روند کاهشی داشت، در حالی که حداکثر میزان افزایش در ترکیب تک پرکننده مشاهده شد. سختی به خاطر افزودن کربن سیاه و لاستیک تایر اتلافی به ترکیبات پرکننده سه تایی روند افزایشی داشت و تا 25phr در ترکیبات پرکننده دو تایی افزایش یافت. مدول کششی تا 25phr در پرکننده سه تایی افزایش یافت و در ترکیبات پرکننده دو تایی روند افزایشی داشت. قدرت پارگی در پرکننده های دو و سه تایی به ترتیب تا 20phr و 25phr افزایش یافت. مطالعه مورفولوژیکی نشان داد که پراکندگی بهتر پرکننده و چسبندگی بین سطحی خوب توسط ماتریس لاستیک طبیعی باعث افزایش استحکام کششی و کاهش قدرت پارگی شد. در میان مواد لاستیک تست شده، این نتیجه به دست آمد که ترکیبات پرکننده دو تایی برای بهبود عملکرد مکانیکی در کاربردهای لاستیک مناسب تر هستند.



1.        Hrachova, J., Chodak, I. and Komadel, P., "Modification and characterization of montmorillonite fillers used in composites with vulcanized natural rubber", Chemical Papers,  Vol. 63, No. 1, (2009), 55-61.

2.        Prasertsri, S. and Rattanasom, N., "Fumed and precipitated silica reinforced natural rubber composites prepared from latex system: Mechanical and dynamic properties", Polymer Testing,  Vol. 31, No. 5, (2012), 593-605.

3.        Xu, S., Gu, J., Luo, Y. and Jia, D., "Effects of partial replacement of silica with surface modified nanocrystalline cellulose on properties of natural rubber nanocomposites", Express Polym Lett,  Vol. 6, No. 1, (2012), 14-25.

4.        Mehmet, D., Demat, D. and Oral., "Physical properties and cure characteristics of NR / Nanoclay composites with two different compatibilizers", Journal of Applied Polymer Science,  Vol. 121, No., (2011), 1530-1535.

5.        Ismail, H., Nordin, R. and Noor, A., "Cure characteristics, tensile properties and swelling behaviour of recycled rubber powder-filled natural rubber compounds", Polymer Testing,  Vol. 21, No. 5, (2002), 565-569.

6.        Kueseng, K. and Jacob, K., "Natural rubber nanocomposites with sic nanoparticles and carbon nanotubes", European Polymer Journal,  Vol. 42, No. 1, (2006), 220-227.

7.        Ismail, H., Nordin, R. and Noor, A.M., "The effects of recycle rubber powder (RRP) content and various vulcanization systems on curing characteristics and mechanical properties of natural rubber/RRP blends", Iranian Polymer Journal,  Vol. 12, No., (2003), 373-380.

8.        Yan, L. and Yong, Z., "Mechanical properties of HDPE /SRP composite modified with D.P. And silicone oil", Journal of Applied Polymer Science,  Vol. 88, No. 8, (2003), 2020-2027.

9.        Han, S.C. and Han, M.H., "Fracture behavior of NR and SBR vulcanizates filled with ground rubber having uniform particle size", Journal of Applied Polymer Science,  Vol. 85, No. 12, (2002), 2491-2500.

10.     Akiba, M. and Hashim, A., "Vulcanization and crosslinking in elastomers", Progress in Polymer Science,  Vol. 22, No. 3, (1997), 475-521.

11.     Cavalieri, F., Padella, F. and Cataldo, F., "Mechanochemical surface activation of ground tire rubber by solidstate devulcanization and grafting", Journal of Applied Polymer Science,  Vol. 90, No. 6, (2003), 1631-1638.

12.     Dekic, P.S., Temeljkovski, D.I., Rancic, B. and Nusev, S., "Application of recycled rubber powder (RRP) in NR/SBR compounds", Journal of Scientific & Industrial Research,  Vol. 71, (2012), 295-298.

13.     Liu, Y., Li, L., Wang, Q. and Zhang, X., "Fracture properties of natural rubber filled with hybrid carbon black/nanoclay", Journal of Polymer Research,  Vol. 18, No. 5, (2011), 859-867.

14.     Ismail, H., Omar, N. and Othman, N., "Effect of carbon black loading on curing characteristics and mechanical properties of waste tyre dust/carbon black hybrid filler filled natural rubber compounds", Journal of Applied Polymer Science,  Vol. 121, No. 2, (2011), 1143-1150.

15.     Zhang, X., Lu, C. and Liang, M., "Properties of natural rubber vulcanizates containing mechanochemically devulcanized ground tire rubber", Journal of Polymer Research,  Vol. 16, No. 4, (2009), 411-419.

16.     Kim, S.-W., Hong, K.-H. and Seo, K.-H., "Effects of ground rubber having different curing systems on the crosslink structures and physical properties of nr vulcanizates", Materials Research Innovations,  Vol. 7, No. 3, (2003), 149-154.

17.     Karger-Kocsis, J., Meszaros, L. and Barany, T., "Ground tyre rubber (gtr) in thermoplastics, thermosets, and rubbers", Journal of Materials Science,  Vol. 48, No. 1, (2013), 1-38.

18.     Li, S., Lamminmäki, J. and Hanhi, K., "Effect of ground rubber powder and devulcanizates on the properties of natural rubber compounds", Journal of Applied Polymer Science,  Vol. 97, No. 1, (2005), 208-217.

International Journal of Engineering
E-mail: office@ije.ir
Web Site: http://www.ije.ir