Effects of Particle Size and Structure of Fillers on the Friction and Wear Behavior of Filled Elastomer

The effects of the particle size and the structure of carbon blacks on the friction and the wear behavior of filled natural rubber were investigated in this study. The particle size and the structure of carbon black had a significant effect on the wear rates and the worn surface pattern, and the effect of them on abrasion resistance should be considered for the optimum design of desired wear properties. Ten carbon blacks with various sizes and structures are mixed with natural rubber in order to investigate the effects on the wear rate ($W_R$). The friction and the wear behavior were examined by self-made blade type friction-wear abrader, and the ,elation with characteristic parameter (${\psi}=\sqrt{{N_2^2}+{DBP^2}}$), obtained from the particle size and the structure, was studied. The wear rate ($W_R$) had a Power Law relation with the frictional work ($W_f$) and it was inversely proportional to the characteristic parameter of carbon black. It means that smaller particle size and better structure development of carbon black resulted in improved abrasion resistance.

충전제의 입자크기 및 구조에 따른 고무 배합물의 마찰 마모특성

본 연구에서는 카본블랙 충전제의 입자크기 및 구조에 따른 고무 배합물의 마찰 마모 특성을 고찰하였다. 카본블랙의 입자크기와 구조에 따라 마모속도 및 형상이 다르게 되며, 최적 마모성능을 설계하기 위해서는 충전제의 입자크기와 구조의 마모 영향도를 사용조건에 따라 고려하여야 한다. 충전제의 입자크기와 구조에 따른 마모속도($W_R$) 영향도를 수준별로 고찰하기 위해 본 연구에서는 구조와 입자크기가 다른 10가지의 카본블랙을 선택하여 동일한 양을 천연고무와 배합하였다. 자체 제작한 칼날형 마찰 마모 시험기를 이용하여 마찰 마모 특성을 평가하였고, 카본블랙의 입자크기와 구조의 영향을 고려한 특성인자(${\psi}=\sqrt{{N_2^2}+{DBP^2}}$)와의 관계를 고찰하였다. 마모속도($W_R$)와 마찰일($W_f$)의 간에는 power-law 관계가 있었으며, 마모속도는 카본블랙의 특성인자에 역비례 관계를 보였다. 이는 카본블랙의 입자 크기가 작고 구조가 잘 발달 될수록 마모 저항특성은 향상된다는 것을 나타낸다.