The tribological properties of acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) filled with two kinds of carbon black filler were examined. Different types of Semi-Reinforcing Furnace (SRF), and High Abrasion Furnace (HAF) blacks were used as filler material to test the influence of carbon black particle size on the friction and wear of NBR. Results from tribological tests using a ball on disk method showed that the smaller HAF particles were more effective for reducing the wear of NBR during frictional sliding. The hardness, elastic modulus at 100% elongation, and elongation at break were measured to examine the correlation between the effects of carbon black on the mechanical and tribological properties of the NBR specimens. The wear tracks of the NBR specimens were observed with scanning electron microscopy (SEM). The wear tracks for NBR with different ratios of SRF and HAF showed clearly different abrasion patterns. Mechanisms for the friction and wear behavior of NBR with different sizes of carbon black filler were proposed using evidence from wear track observation, as well as the mechanical and tribological test results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.11
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pp.1521-1528
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2011
We studied the material properties for reliability improvement in finite element analysis results for a nitrile butadiene rubber hub-bearing seal and for a carbon-filled rubber mount used in a vehicle. It was difficult to measure the material properties of hundreds of types of rubber for the mount design. Thus, we suggested that the engineering stressstrain relations from pure shear test data could be synthesized by using simple tension data and Poisson's ratio. We defined Poisson's ratio by using a function of principal stretches to synthesize the stress-strain relations for a pure shear test. A transformation of the pure shear data was applied to the experimental values to obtain the predicted results when the strain approaches 100%. In the finite element analysis for the contact force of a hub-bearing seal, the strain results that used the transformation of the pure shear data and simple tension data almost corresponded to the experimental values. Ogden constants were used to analyze.
International Journal of Reliability and Applications
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v.17
no.2
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pp.137-147
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2016
The engine mount of a car subjected to a pre-load related to the weight of the engine, and acts to insulate the vibration coming from the engine by moving on large or small displacement depending on the driving condition of the car. The vibration insulation of the engine mount is an effect obtained by dissipating the mechanical energy into heat by the viscosity characteristic of the rubber and the microscopic behavior of the additive carbon black. Therefore, dynamic stiffness from the intrinsic properties of rubber filled with carbon black at the design stage is an important design consideration. In this paper, we introduced a hyper-elastic, visco-elastic and elasto-plastic model to predict the dynamic characteristics of rubber, and developed a fitting program to determine the material model parameters using MATLAB. The dynamic characteristics analysis of the rubber insulator of the ACTIVE MOUNT was carried out by using MSC.MARC nonlinear structural analysis software, which provides the dynamic characteristics material model. The analysis results were compared with the dynamic characteristics test results of the rubber insulator, which is one of the active mount components, and the analysis results were confirmed to be valid.
The structural behavior of a worn tire, attached to carbon fiber steel pile by current and wave forces, has been investigated through the numerical method. The finite element model has been developed, by considering that the composite material of rubber and cord is orthotropic, the rubber is isotropic, and that all the material behaves as linear elastic. The pressure distribution by wave and current, around the worn tire, has been estimated through the adjustment for the concept of flow separation. Also, the structural behavior of the worn tire has been examined, by comparing the situation wherein the space between the pile is reinforced, and tire as elastic and isotropic material, with the one left empty. Through this comparison, it is determined that the space between pile and tire has to be filled with elastic and isotropic material, in order to avoid the failure by wave and current action.
A viscoelastic constitutive equation of rubber that is under small oscillatory load superimposed on large static deformation is proposed. The proposed model is derived through linearization of Simo's viscoelastic constitutive model and reference configuration transformation. The proposed constitutive equation is extended to a generalized viscoelastic constitutive equation that includes widely used Mormin's model as a special case using objective stress increment. Static deformation correction factor is introduced to consider the influence of Pre-strain on the relaxation function. The proposed constitutive model is tested fer dynamic behavior of rubber specimens with different carbon black contents. It is concluded from the test that the viscoelastic constitutive equation for filled rubber must include the influence of the static deformation on the time effects. The suggested constitutive equation with static deformation correction factor shows good agreement with test values.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.11
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pp.1887-1894
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2001
The effects of carbon black on the material properties and the fatigue life of the carbon-black filled natural rubbers were investigated. Different kinds of carbon blacks resulted in different fatigue lives, hysteresis, and critical J-values. It was noticed that the hysteresis was inversely proportional to the difference between DBPA and CTAB, and the critical J-value was almost the same regardless of the length of a precrack. In addition, different kinds of carbon blacks resulted in different fracture morphologies, and micro-scale and macro-scale roughnesses. The critical J-value was proportional to the micro-scale roughness. and it seemed relate to the size distribution of carbon black particles. By reviewing all the experimental data. it was finally noticed that the logarithmic value of the fatigue life could be linearly expressed by a multiplication of the critical J-value and the logarithmic value of the hysteresis.
Due to the polar characteristics of silica compared to carbon black, the degree of silica dispersion, which affects the mechanical properties of rubber compounds, is an important issue. Wolff first introduced the in-rubber structure of particles (${\alpha}_F$) to express the structure development in the compounds; however, with the introduction of bifunctional silanes, his theory could not explain the 3-dimensional network structure of the compounds. Later his theory was expanded to express the composite interaction parameter (in-rubber structure of the compound) (${\alpha}_C$), which included Wolff's filler-filler interaction parameter (${\alpha}_F$), however, there was no reported experimental result proving the theory. This research first experimentally expressed the in-rubber structure of the compound ${\alpha}_C$ (= ${\alpha}_F+{\alpha}_{FP}$(filler-silane-rubber interaction parameter) + ${\alpha}_P$ (rubber-rubber interaction parameter)) upon mono- and bifunctional silane treated silica filled natural rubber (NR) compounds. Using different structure silanes, i.e. PTES, OTES, TESPD, and TESPT, the ${\alpha}_C$ value of each compound was measured and calculated. The ${\alpha}_C$ value of TESPT treated silica filled compound was 1.64, which composed of ${\alpha}_F$ (0.99), ${\alpha}_{FP}$ (0.31), and ${\alpha}_P$ (0.34).
Water swelling behaviors of SBR vulcanizates with different reinforcing systems of carbon black, silica without a coupling agent, and silica containing a coupling agent were studied. Distilled water and 3.5% NaCl solution were used as swelling media. The water swelling ratios in the distilled water were higher than those in the salt solution. The water swelling ratios of the carbon black-filled samples were lower than those of the silica-filled ones. For the silica-filled SBR vulcanizates, the specimens without the silane coupling agent had higher water swelling ratios than those containing it. Water swelling behaviors of SBR composites with different 1,2-unit contents were also compared. The water swelling ratios tended to decrease by increasing the 1,2-unit content.
Silica which is used for reinforcing filler in tire industry is widely known as eco-friendly material exerting $CO_2$ reduction effect through decrease of rolling resistance and improvement of wet grip. Generally silica is classified as a highly polar filler because it contains a large number of silanol (Si-OH) group on its surface. And also silica gives a lower reinforcing effect than carbon black due to its poorer rubber-filler interaction. Therefore silica is treated with silane coupling agent or activator, then following the conventional rubber blend method, vulcanized sheets were prepared using a hot press, and cure characteristics, mechanical properties and abrasion resistance of the test specimens were investigated. It was found that with an increase in the silane coupling agent content the tensile strength, 300% modulus and abrasion resistance increased while Mooney viscosity decreased and crosslink density slightly increased with an increase of activator.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.4
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pp.107-113
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2011
Coolant rubber hoses for automotive radiators under thermal and mechanical loadings can be degraded and thus failed due to the influences of the locally formed electricity. In this study, an advanced test method was developed to simulate the failure problem of the rubber hose. For carbon black filled EPDM (ethylene-propylene dine monomer) rubber used as a radiator hose material the ageing behaviors by the electro-chemical stresses combined with a tensile strain were analyzed. As the tensile strain increased, the current of the rubber specimen reduced indicating an increase of the internal defects and electrical resistance of the rubber specimen. Elongation at break and IRHD hardness rapidly decreased with increasing the ageing time. Both electro-chemical stress and mechanical tensile stress clearly accelerated the degradation of EPDM rubber.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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