اثر ساختار مولكولي SBR و نوع پركننده بر ضريب نفوذ گرمايي آميزه‌هاي SBR/BR استفاده شده در رويه تايرهاي سواري

The Molecular Structure of SBR and Filler Type Effects on Thermal Diffusivity of SBR/BR Compounds Used in Tire Tread

در كار حاضر، انتقال گرما در آميزه‌هاي لاستيكي مصرفي در رويه تايرهاي سواري مطالعه شده است. سه مجموعه پنج­‌تايي آميزه‌ ساخته شد كه در آن‌ها از دو نوع كايوچوي SBR‌ امولسيوني و محلولي (با و بدون روغن اضافي) و پنج تركيب درصد دوده-سيليكاي اصلاح‌شده استفاده شد. براي مقايسه، سه آميزه مرجع بدون استفاده از هيچ نوع پركننده‌اي ساخته شدند. ضريب نفوذ گرمايي با روشي جديد تعيين شد كه برپايه حل وارون مسيله انتقال گرما به­ كمك نرم‌افزار‌هاي Abaqus و Isight قرار دارد. نشان داده شد، در تمام نمونه‌هاي داراي پركننده وابستگي شديد ضريب نفوذ گرمايي به دما وجود دارد. در توجيه اين مطلب سه پديده وجود دارد كه عبارت­ از افزايش فواصل بين‌­مولكولي و انرژي لرزشي در اثر افزايش دما و اختلاف بين ضريب نفوذ گرمايي پليمر و پركننده است. به همين دليل تغييرات در ريز و درشت‌ساختار كايوچوي SBR‌ و نسبت دوده به سيليكا اثر قابل ملاحظه‌اي بر چگونگي اين تغييرات دارد. به­‌عنوان مثال، كاهش تعداد نقاط انتهايي در كايوچوي SBR‌ محلولي موجب كم­ شدن اثر كاهش فواصل بين­‌مولكولي مي­‌شود. به همين دليل، آميزه‌هاي برپايه اين نوع كايوچو در مقادير كم سيليكا كاهش كمتري را در ضريب نفوذ گرمايي با افزايش دما نسبت به آميزه‌هاي برپايه كايوچوي امولسيوني نشان مي‌دهند. با افزايش سيليكا و ايجاد اتصالات عرضي شيميايي بين زنجير‌هاي پليمر و پركننده نيز پديده مشابهي رخ مي‌دهد و اثر انرژي لرزشي بيشتر مي‌شود. روغن نيز به­ عنوان ماده كوچك مولكول با حركت بين زنجيرها موجب تسهيل در انتقال گرما و افزايش موقت ضريب نفوذ گرمايي در محدوده 60 تا 80 درجه سلسيوس مي‌شود.

This research work is devoted to the study of the thermal diffusivity of SBR/BR compounds used as the tread of radial tires. Three series of rubber compounds were prepared, in which two solution SBR grades (with and without extra oil) as well as an emulsion SBR were selected. Five compounds with different CB/silica ratios were designed for each of the three series. Moreover, three compounds without fillers were prepared as reference samples. Thermal diffusivities of the compounds were determined by a novel technique to solve an inverse heat transfer problem. Abaqus and Isight codes were used to carry out the finite element solution and optimization. It is shown that, in all the compounds the thermal diffusivities were reduced with increasing the temperature. In addition, the macro- and micro- structures of SBR as well as the CB/silica ratios greatly affected the variations in thermal diffusivities with temperature. The thermal diffusivity and its variabilities were studied and discussed by different structural and functional parameters such as intermolecular distance, molecular vibrational energy, difference between the thermal diffusivities of the polymer and filler, and the chemical bonds between the polymer and silica.