Normalized stress relaxation behaviors of SBR, NBR, NR and EPDM synthetic rubber species

Abstract

Rubber-like materials are used in different application areas considering the developing technology. However, inelastic properties such as stress relaxation, which prevent the mechanical properties of such materials from being fully understood. In addition, the lifetimes of rubber-type materials with different elongation rates can be obtained by normalizing the stress-time data obtained from the stress relaxation test of the material and drawing it on a 0-1 stress scale. In this study, normalized stress relaxation tests were performed using four types of rubber, three hardness values and two different procedures. As a result, although the increase of hardness decreased the tensile value by 9%, it was observed that the increase in tensile values between the procedures was at the maximum of 7.3% in the NR rubber material and in the pre-procedural state. Therefore, applying preliminary procedures before the experiments increases the lifetimes of the materials to a certain extent depending on the material characteristics.

Keywords

• Rubber
• stress relaxation
• elongation rate

SBR, NBR, NR ve EPDM Sentetik Kauçuk Türlerinin Normalize Edilmiş Gerilme Gevşemesi Davranışları

Abstract

Kauçuk türü malzemeler gelişen teknoloji göz önüne alındığında farklı uygulama alanlarında kullanılmaktadır. Fakat bu tür malzemelerin mekanik özelliklerinin tam olarak anlaşılmasını engelleyen gerilme gevşemesi gibi inelastik özellikler ortaya çıkmaktadır. Ayrıca farklı uzama oranlarındaki kauçuk türü malzemelerin ömürleri, malzemenin gerilme gevşemesi deneyinden elde edilen gerilme-zaman verilerinin normalize edilerek 0-1 gerilme skalasında çizilmesiyle elde edilebilmektedir. Bu çalışmada dört kauçuk türü, üç sertlik değeri ve iki farklı prosedür kullanılarak normalize edilmiş gerilme gevşemesi testleri yapılmıştır. Sonuç olarak sertliğin artışı gerilme değerini % 9 oranında düşürmesine rağmen prosedürler arasındaki gerilme değerlerinde artış en fazla % 7,3 ile NR kauçuk malzemesinde ve ön prosedürlü durumda olduğu gözlemlenmiştir. Dolayısıyla deneylerden önce ön prosedür uygulanması, malzemelerin ömürlerini malzeme karakteristiğine bağlı olarak belli oranda artırmaktadır.

Keywords

• Kauçuk
• gerilme gevşemesi
• uzama oranı

References

1. [1] Anonim, 1989. Elastomers and Rubbers. Machine Design, 61, 294–327.
2. [2] Schidrowitz, P., Dawson, T.R. 1952. History of the Rubber Industry, W. Heffer & Sons Ltd., Cambridge.
3. [3] Morawetz, H. 2000. History of Rubber Research. Rubber Chemistry and Technology, Cilt. 73 (3), s. 405-426.
4. [4] Vahapoğlu, V. 2007. Kauçuk Türü Malzemeler. I. Doğal Kauçuk. C.B.Ü. Fen Bilimleri Dergisi.
5. [5] Fernandes, V.A., De Focatiis, D.S.A. 2014. The role of deformation history on stress relaxation and stress memory of filled rubber. Polymer Testing, cilt 40, s. 124–132.
6. [6] Meera, A.P., Said, S., Grohens, Y., Luyt, A.S., Thomas, S. 2009. Tensile stress relaxation studies of TiO2 and Nanosilica filled natural rubber composites. Industrial & Engineering Chemistry Research, cilt 48, s. 3410–3416.
7. [7] Wang, L., Han, Y. 2013. Compressive relaxation of the stress and resistance for carbon nanotube filled silicone rubber composite. Composite Part A Cilt. 47, s. 63–71.
8. [8] Maria, H.J., Lyczko, N., Nzihou, A. 2014. Josepha K., Mathew C., Thomas S., Stress relaxation behavior of organically modified montmorillonite filled natural rubber/ nitrile rubber nanocomposites. Applied clay science, Cilt 87, s. 120–128.

9. [9] Akulichev, A.G., Alcock, B., Echtermeyer, A.T. 2017. Stress relaxation in carbon black reinforced HNBR at low temperatures. Polymer Testing, Cilt 63, s. 226-235.
10. [10] Da Rochaa, E. B. D., Linharesa, F. N., Gabrielb, C. F. S., De Sousaa, A. M. F., Guimarães, Furtadoa C. R. 2018. Stress relaxation of nitrile rubber composites filled with a hybrid metakaolin/carbon black filler under tensile and compressive forces. Applied lay science, Cilt 151, s. 181–188.
11. [11] Zhao, J.H., Yang, R., Lervolino, R., Vorst, B., Barbera, S. 2015. The effect of thermo-oxidation on the continuous stress relaxation behavior of nitrile rubber. Polymer Degradation and Stability, Cilt 115, s. 32-37.
12. [12] Zheng, W., Zhao, X.Y., Li, Q.G., Chan, T.W., Zhang, L.Q., Wu, S.Z. 2017. Compressive stress relaxation modeling of butadiene rubber under thermo-oxidative aging. Journal Applied Polymer Science, Cilt. 134 (12).
13. [13] De Melo, C.C., Macêdo, S., Sciuti, V.F., Canto, R.B. 2019. A novel mechanical test for the stress relaxation analysis of polymers. Polymer Testing, Cilt 73,s. 276-283.
14. [14] ISO, RUBBER. 1991. Vulcanizated or Thermoplastic – Determination of Stress Relaxation in Compression at Ambient and at Elevated Temperatures.
15. [15] ISO, RUBBER. 2008. Vulcanizated or Thermoplastic – Determination of Aging Characteristics by Measurement of Stress Relaxation in Tension.
16. [16] ASTM. 1996. Standart Test Methods for Stress Relaxation Tests for Materials and Structures, West Conshohocken.
17. [17] Vahapoğlu, V. 2006. Kauçuk Türü Malzemelerin İnelastik Özelliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 224s, Trabzon.
18. [18] Spetz, G. 2000. Stress Relaxation. Test Methods, Instruments and Lifetime Estimation. Technical Report.
19. [19] Çalık, A. 1993. Soğuk Çekilmiş Karbonlu Çelik Tellerin Gevşeme Özelliğine Termomekanik Isıl İşlemin Etkisi. YTÜ.
20. [20] Ataç, S. 1999. Değişik Yükleme Durumlarında Polipropilenin Gerilme Gevşemesine Bağlı Olarak Viskoelastik Davranışının İncelenmesi. İTÜ.
21. [21] Berry, J. 1957. Helical Spring Stress Relaxometer. Rubber Chemistry and Technology, Cilt. 30, s. 889-894.
22. [22] Tobolsky, A.V., Prettyman, I.B., Dillon, J.H. 1944. Stress Relaxation of Natural and Synthetic Rubber Stocks. Journal of Applied Physics, Cilt. 15, s. 380-395.