The payne effect for particle‐reinforced elastomers

Abstract

The study deals with the Payne effect (a substantial decrease in the storage modulus of a particle-reinforced elastomer with an increase in the amplitude of mechanical oscillations). The influence of temperature, concentration of filler and amplitude and frequency of strains is analyzed on the mechanical response of filled rubbery polymers. Constitutive equations are derived using the concept of two interpenetrating networks: one comprises semiflexible polymeric chains connected to temporary junctions, whereas the other is formed by aggregated filler clusters. Adjustable parameters are found by fitting experimental data for natural rubber, bromobutyl rubber and styrene-butadiene rubber reinforced by carbon black and polymeric particles. The critical concentration of particles is determined that characterizes transition from an ensemble of disjoint clusters to the network of filler. The volume fraction of filler corresponding to this transition is found to be close to theoretical predictions based on the percolation theory, as well as to experimental data for isolator-conductor transition.

Effect of oleyl amine on SBR compounds filled with silane modified silica

“…Several works have been reported on the interpretation of this effect. [22][23][24] The mechanism responsible for the Payne effect is still controversial, but the most commonly accepted explication is the destruction of filler networking upon application of oscillatory shear. This dynamic behavior is of great practical importance and essential in the wear tire where it affects the performance characteristics of tread compounds, such as skid and rolling resistance.…”

Study on the structure and properties of conductive silicone rubber filled with nickel‐coated graphite

“…This effect was described by Payne in the 1960s. [33][34][35] It was interpreted as the result of breakage and reforming of physical bonds between the filler aggregates. These bonds were assumed to build filler agglomerates and, above a certain threshold, a rigid filler network forms within the rubber matrix.…”

Efeito Payne em nanocompósitos de NBR com montmorilonita organofílica

“…No caso de XRD, o deslocamento dos picos difratados a ângulos 2θ menores significa aumento da distância interplanar (d 001 ) da argila, pela presença de moléculas de polímeros entre suas lamelas, fenômeno conhecido como intercalação. Quando o aumento da distância interplanar for maior do que as forças de interação entre as lamelas da argila (forças de van der Waals-London), ocorre o rompimento destas interações, apresentando estruturas esfoliadas, significando ausência de picos por difração no XRD [1][2][3][4][5][6]10,14,41] . Na Figura 3, é possível observar os picos de difração dos nanocompósitos obtidos, e comprovar a formação de estrutura tipo esfoliada com 5 phr de carga, e estruturas intercaladas e/ou esfoliadas nas demais amostras.…”

“…O RPA 2000 aplica tensão de cisalhamento em uma amostra através de oscilação do bloco inferior senoidalmente, em uma cavidade selada e pressurizada (Figura 2). A frequência de oscilação pode ser ajustada de 0,0016 a 50 Hz (ou 0,1 a 3000 ciclos por minutos -cpm) em uma ampla faixa de ângulos de deformação, como de ±0,02 até ±90,00 graus (correspondendo a ±0,3% até ±1250%) e a temperatura pode ser variada de ambiente até 230 °C [36][37][38][39][40][41] . O equipamento RPA 2000 foi utilizado na determinação do efeito Payne dos nanocompósitos de NBR/MMTorg, a partir da determinação do módulo elástico (G') para cada composição em função da deformação de 7 a 420% (ângulo de 0,5 a 30°), em [39] .…”

“…Esse equipamento permite o levantamento das propriedades viscoelásticas de elastômeros puros e composições, antes, durante e após a cura, de uma forma rápida e simples. As variáveis do equipamento são: deformação, temperatura, tempo e frequência [36][37][38][39][40][41] . A diferença ∆G'entre o módulo elástico em baixas deformações (G' 0 ) e em altas deformações (G'∞) é uma quantificação do efeito Payne, atribuída à estrutura da carga e pode ser entendida como ligações carga-carga de natureza física dos interagregados (forças de van der Waals-London) que são quebradas em altas deformações [28][29][30][31][32] .…”