ارزیابی مقاومت به رشد ترک خستگی کامپوزیت‌های لاستیکی دارای سیلیکا و تحلیل نقش برهم‌کنش پرکنندهپرکننده و اتصال در فصل مشترک

فرضیه: رشد ترک خستگی در کامپوزیت‌های لاستیکی به‌دلیل اثرپذیری آن از اتلاف گرانروکشسان به پدیده‌های فیزیکی حاضر در فصل مشترک پلیمرپرکننده وابستگی زیادی دارد. نوع اتصال پلیمرپرکننده در فصل مشترک و شدت کم‌تحرکی زنجیر‌های پلیمری در نتیجه برهم‌کنش با پرکننده از مهم‌ترین این عوامل هستند. شدت کم‌تحرکی پلیمر در آمیزه‌ لاستیکی با درصدهای زیاد پرکننده به‌طور عمده تحت تاثیر برهم‌کنش پرکنندهپرکننده است. تنظیم انرژی سطحی پرکننده می‌تواند روش موثری برای کنترل برهم‌کنش پرکنندهپرکننده باشد و از آن می‌توان در تفکیک و ارزیابی مستقل سهم هر یک از پدیده‌ها‌ی فصل مشترک بهره برد.روش‌ها: از سیلیکای ultrasil vn3 و استیرنبوتادی‌انلاستیک محلولی (ssbr) به‌عنوان مواد پایه کامپوزیت استفاده شد. با دو عامل سیلانی کوتاه و بلندزنجیر آلیفاتیک در درصدهای معینی از پیوندزنی، سطح ultrasil اصلاح شد تا بتواند انرژی سطحی مدنظر برای کنترل برهم‌کنش پرکنندهپرکننده را ارائه کند. با کنترل انرژی سطحی و برهم‌کنش پرکنندهپرکننده در نمونه‌­ها و مقایسه نظام­‌مند آن‌ها، اثر اتصال کووالانسی و معمولی در فصل مشترک، شدت برهم‌کش پرکنندهپرکننده و در نهایت اثر طول زنجیر سیلان بر رفتار رشد ترک خستگی ارزیابی شد. یافته‌ها: آزمایش رشد ترک خستگی نشان داد، شدت کم‌تحرکی و برهم‌کنش پرکنندهپرکننده کامپوزیت بیشترین  اثر را بر اتلاف گرانروکشسان و سرعت رشد ترک دارد. پیوند کووالانسی در فصل مشترک می‌تواند ترک را از رشد در جهت اصلی منحرف کند و بنابراین ممکن است به‌عنوان سدی فیزیکی برای بهبود مقاومت در برابر رشد عمل کند. در آمیزه‌های بسیار پرشده که اثر برهم‌کنش پرکنندهپرکننده غالب بود اثر زنجیر سیلان در فصل مشترک محدود بود.

Evaluation of Fatigue Crack Growh Resistance of RubberSilica Composites and Analysis of the Role of FillerFiller Interaction and Interface Bonding

Hypothesis: Fatigue crack growth (FCG) of rubber composites as controlled by the viscoelastic losses, is strongly dependent on the polymerfiller interfacial phenomena. The type of fillerpolymer bonding at the interface and the extent of mobility restriction of rubber chains resulting from the interaction by the filler are of the critical ones. In highly filled rubber compound, the amount of mobility restriction is almost dictated by the fillerfiller interaction. Regulating the surface energy of the filler can be an effective method to control the fillerfiller interaction, to distinguish the two interfacial phenomena, and to pave the way of studying their significance. Methods: Ultrasil VN3 and solution styrenebutadiene rubber (SSBR) were of the base composite materials. Using two silanes with a short and a long aliphatic chain length, the surface of Ultrasil was modified in our lab to a certain level of grafting density which could bring the required surface energy and the fillerfiller interaction. By controlling the surface energy of silica treated in the lab, and by making a systematic comparison of the resulting composites, it was possible to study the role of covalent bonding at the interface, the role of fillerfiller interaction and severity of mobility restriction and finally the role of silane chain length.Findings: Fatigue crack growth experiment revealed that the severity of mobility restriction and the fillerfiller interaction of the composite have the highest impact on the amount of viscoelastic dissipation and the rate of crack growth.  The covalent bonding at the interface can deviate the crack from growing in the original direction and thus it may act as a physical barrier to improve crack growth resistance. For highly filled compounds where the properties are almost dictated by the fillerfiller interaction, the role played by the chain length of silane is minor.