بررسي رفتار ابرگرانروكشسان‌ و نرم‌شدگي تنش آميزه‌هاي لاستيكي بر پايه كائوچوي SBR پرشده با مقادير مختلف دوده به‌كمك مدل سه‌جزئي

Study the Hyper-Viscoelastic and Stress Softening Behaviors of Various SBR/CB Filled Compounds Using a Triple Model

فرضيه‌: مدل سه‌جزئي بر پايه تركيب سه معادله ابرگرانروكشسان هشت‌زنجير، Bergstrom-Boyce و نرم‌شدگي تنش Ogden-Roxburgh (اثر Mullins) براي مطالعه رفتار مكانيكي آميزه‌هاي لاستيكي پايه SBR‌ پر‌شده با دوده انتخاب شد. روش‌ها: سه آميزه لاستيكي بر پايه كائوچوي E-SBR‌ پر‌شده با سه مقدار مختلف دوده (20، 40 و 60phr)، ساخته و به‌شكل ورقه پخت شدند. سپس، نمونه‌هاي دمبلي‌شكل (مطابق استانداد ASTM D412 C) از روي ورقه‌هاي مزبور تهيه و تحت سه چرخه آزمون كششي رفت‌و‌برگشتي با سرعت‌هاي 100 و 500mm/min قرار گرفتند. به منظور مطالعه اثر نرم‌شدگي تنش مقدار كشيدگي به نحوي اعمال شد كه در هر چرخه مقدار كشيدگي نهايي نسبت به چرخه پيشين افزايش يابد. آزمون تراكم‌پذيري نيز براي تعيين مدول توده لاستيك روي نمونه‌ها انجام شد. داده‌هاي تنش-كرنش به‌دست‌آمده وارد نرم‌افزار MCalibration شد و پارامترهاي مدل با برازش غيرخطي به‌دست آمدند كه در آن از سه الگوريتم بهينه‌سازي استفاده شده بود. يافته‌ها: مطابقت بسيار خوبي ميان اندازه‌گيري تجربي و داده‌هاي تنش-كرنش پيش‌بيني‌شده براي آميزه‌هاي پرشده با مقدارهاي كم تا متوسط دوده به‌دست آمد. از سوي ديگر، براي مقدارهاي بيشتر پركننده كه به آستانه پرانشت نزديك مي‌شود، از مقدار انطباق كم شده كه به معني نياز به توسعه مدل جداگانه‌اي براي درنظر گرفتن شبكه پركننده‌ است. همچنين ارتباط كاملاً معناداري ميان پارامترهاي مدل و مقدار پركننده وجود دارد.

Hypothesis: A three-component material model based on the combination of three hyper-viscoelastic equations,eight-chain constitutive equation, Bergstrom-Boyce relation and Ogden-Roxburgh stress softening model (Mullins effect) was selected to study the mechanical behavior of various SBR/CB (carbon black) filled rubber compounds. Methods: Three rubber compounds based on E-SBR were prepared using different carbon black contents (20, 40 and 60 phr) and cured into rubber sheets. The rubber test specimens (ASTM D412 C) were then cut and underwent cyclic tensile tests at two extension rates of 500 and 100 mm/min. In order to show the stress softening behavior, three cycles were selected in a way that the maximum stretch at each cycle was increased consecutively. The volumetric tests were also carried out to determine the bulk modulus of the samples. The stress-strain data were calibrated using MCalibration software in which three different optimization algorithms were utilized to compute the parameters of the models. Findings: Very good agreements were found between experimentally measured and predicted stress-strain data for low and medium CB filled compounds. However, for highly filled compounds there were some discrepancies at higher extensions, which may be due to the formation of a strong filler network and percolation threshold. This indicates that we may need another modeling component to be incorporated into main model for the description of the mechanical behavior of the filler-filler network itself. Moreover, it is found that there is good correlation between variation of the model parameters and filler content.