Rubber Technologist's Handbook, 2

Preface......Page 5
Contents......Page 7
Contributors......Page 21
1.1 Brief historical review......Page 23
1.2 The uniqueness of rubber......Page 25
1.3 Survey of the current Handbook......Page 26
References......Page 32
2.2 Source......Page 33
2.3 Cultivation......Page 35
2.4 Harvesting......Page 36
2.5 Biosynthesis of rubber......Page 37
2.6 Composition of latex......Page 38
2.7 Crop collection......Page 39
2.7.1 Pre-processing of latex......Page 40
2.8.1 Preservation and concentration of latex......Page 41
2.8.2 Ribbed smoked sheet (RSS)......Page 42
2.8.3 Pale latex crepe and sole crepe......Page 44
2.8.5 Technically specified rubbers (TSR)......Page 45
2.9 Modified forms of NR......Page 47
2.9.1 Physically modified forms......Page 48
2.9.2 Chemically modified forms of NR......Page 50
2.10.1 Raw rubber......Page 53
2.10.2 Vulcanised rubber......Page 55
2.11 Vulcanisation......Page 58
2.11.1 Vulcanisation with sulphur......Page 59
2.11.2 Non-sulphur vulcanisation......Page 60
2.12.1 Tyres (see also Chapter 11)......Page 61
2.12.2 Engineering applications......Page 62
2.12.4 Linings......Page 63
References......Page 64
3.1.1 Synthesis......Page 69
3.1.2 Mechanical properties......Page 70
3.1.3 The need for synthetic elastomers......Page 71
3.1.5 Synthetic elastomer polymerisation......Page 73
3.1.6 Mechanisms......Page 75
3.1.7 Polymer synthesis processes......Page 76
3.2 Diene elastomers......Page 77
3.2.1 Polybutadiene (BR)......Page 78
3.2.2 Polyisoprene (IR)......Page 80
3.2.3 Styrene-butadiene rubber (SBR)......Page 81
3.3.1 Ethylene-propylene copolymers (EPM) and ethylene-propylene-diene terpolymers (EPDM)......Page 83
3.3.2 Butyl and halobutyl rubbers (IIR and BIIR/CIIR)......Page 86
3.3.3 Ethylene-acrylic elastomers (EAM)......Page 88
3.4 Solvent resistant elastomers......Page 89
3.4.1 Nitrile rubber (NBR)......Page 90
3.4.2 Polychloroprene (CR)......Page 92
3.4.3 Acrylic elastomers (ACM)......Page 94
3.4.4 Chlorosulphonated polyethylene (CSM)......Page 96
3.5.1 Silicone rubber (Q)......Page 97
3.5.2 Fluorocarbon elastomers (FKM)......Page 99
3.6.1 Phosphazenes (FZ)......Page 101
3.6.2 Polyethers......Page 102
3.6.3 Ring opened polymers (TPA, TOR)......Page 103
3.7.1 Styrene block copolymers......Page 104
3.7.2 Thermoplastic polyurethanes (TPU)......Page 105
References......Page 107
4.1 Introduction......Page 109
4.1.1 Thermoplastic elastomers versus thermoset rubbers......Page 110
4.1.2 Types of thermoplastic elastomers......Page 113
4.2 Block copolymers......Page 116
4.2.1 Polystyrene/elastomer block copolymers......Page 117
4.2.2 Polyester/elastomer block copolymers......Page 122
4.2.3 Polyamide/elastomer block copolymers......Page 123
4.2.4 Polyurethane/elastomer block copolymers......Page 125
4.3 Dynamically vulcanised rubber/plastic blends......Page 129
4.3.1 EPDM/polyolefin......Page 130
4.3.2 NBR/polyolefin......Page 131
4.3.4 Butyl rubber/polyolefin......Page 133
4.3.5 Melt processable rubber......Page 134
4.4.1 Ionic elastomers......Page 135
4.4.2 Ionomeric polyblends......Page 139
Conclusions......Page 146
References......Page 147
5.2 Manufacture of carbon black......Page 153
5.3 Surface and particle structure of carbon black......Page 155
5.4 Carbon black aggregate structure......Page 160
5.5 Classification of carbon black......Page 163
5.6 Mixing of carbon black with rubber and carbon black dispersion......Page 165
5.7 Rheology of carbon black filled rubber......Page 168
5.8 Viscoelasticity of carbon black filled rubber......Page 170
5.9 Physical properties of carbon black filled rubber......Page 173
5.10 Non-black fillers and applications......Page 177
5.10.1 Calcium carbonate......Page 178
5.10.2 Clay......Page 179
5.10.3 Silica......Page 180
5.11 Summary......Page 184
References......Page 185
6.1.1 Sulphur......Page 189
6.1.3 Peroxides......Page 190
6.1.4 Urethane crosslinking......Page 194
6.2 Vulcanisation accelerators......Page 195
6.2.1 Sulphenamides......Page 196
6.2.2 Thiazoles......Page 199
6.2.3 Guanidines......Page 200
6.2.5 Dithiocarbamates......Page 201
6.2.6 Dithiophosphates......Page 202
6.2.8 N-Nitrosamines and accelerators......Page 203
6.3 Activators of vulcanisation......Page 205
6.4 Retarders and inhibitors of vulcanisation......Page 206
6.5 Antidegradants......Page 207
6.5.1 Antioxidants......Page 208
6.5.2 Antiozonants......Page 212
6.6.1 Zinc carboxylates......Page 215
6.6.2 Thiophosphoryl derivatives......Page 216
6.6.4 Sulphenimide accelerator......Page 217
6.6.5 Hexamethylene-1,6-bis thiosulphate disodium dihydrate (Duralink HTS)......Page 218
6.7.1 Petroleum products......Page 220
6.7.3 Pine products......Page 221
6.8 Miscellaneous ingredients......Page 222
6.8.1 Peptising agents......Page 223
6.8.3 Bonding agents......Page 224
6.9 Concluding remarks......Page 225
References......Page 226
7.1 Introduction......Page 231
7.2.1 Viscosity reduction......Page 232
7.2.2 Incorporation......Page 233
7.2.4 Distribution......Page 235
7.3.1 Flow behaviour of rubber compounds......Page 237
7.3.2 Measurement of state-of-mix......Page 238
7.3.3 Dependence of flow behaviour on state-of-mix......Page 240
7.3.4 Kinetics of dispersive mixing......Page 242
7.4 Heat history......Page 244
7.5.1 Two-roll mills......Page 245
7.5.2 Internal mixers – design and performance......Page 248
7.5.3 Internal mixers – operation......Page 253
7.5.4 Mixing sequences......Page 255
7.6 Batch-off extruders and festoon coolers......Page 257
7.7 Materials handling......Page 259
7.8 Instrumentation and control of mixing......Page 261
7.9.2 Powder weighing, blending and handling......Page 264
7.9.3 Continuous mixing – principles......Page 265
7.9.4 Continuous mixers - examples......Page 266
References......Page 269
8.1 Introduction......Page 273
8.2.1 Seals......Page 275
8.2.2 Hoses......Page 279
8.2.3 Cables......Page 281
8.3.1 The structural nature of rubbers......Page 283
8.3.3 Properties for long-term performance......Page 284
8.4 Definitions of failure......Page 290
8.5 Life assessment......Page 291
8.5.1 Predictions......Page 292
8.6 Case studies – components and models......Page 295
8.6.1 Predictions by time alone......Page 296
8.6.2 Effects of fluid environments......Page 300
8.6.3 Effects of temperature on predictions......Page 303
References......Page 306
9.1 Introduction......Page 309
9.2.1 Shear......Page 310
9.2.2 Compression......Page 313
9.2.3 Curved bearings......Page 314
9.2.5 Instability......Page 316
9.3.1 Theoretical background......Page 317
9.3.3 Effect of elastomer type and temperature......Page 318
9.3.4 Effect of non-linearity......Page 320
9.4 Fatigue of elastomers for engineering components......Page 321
9.4.2 Calculation of tearing energies for different geometry components......Page 322
9.4.3 Finite element analysis......Page 325
9.5 Environmental factors......Page 327
9.5.2 Durability......Page 328
9.5.3 Rubber/metal bonds......Page 329
References......Page 330
10.1.1 General......Page 333
10.1.2 Test piece preparation......Page 334
10.1.3 Conditioning......Page 335
10.1.5 Dimensions......Page 337
10.2.2 Viscoelastic flow behaviour......Page 338
10.2.4 Other tests......Page 340
10.3.2 Hardness......Page 341
10.3.3 Tensile stress-strain properties......Page 342
10.3.4 Compression stress-strain......Page 343
10.3.5 Shear stress-strain......Page 344
10.3.6 Tear tests......Page 345
10.3.7 Dynamic stress-strain......Page 347
10.3.8 Creep, stress relaxation and set......Page 348
10.3.9 Fatigue......Page 350
10.3.10 Abrasion......Page 352
10.4.1 Introduction......Page 353
10.4.3 Electrical properties......Page 354
10.4.4 Thermal properties......Page 355
10.4.5 Permeability......Page 356
10.4.6 Staining......Page 357
10.5.1 Effect of temperature......Page 358
10.5.2 Effect of liquids......Page 363
10.5.3 Effect of gases......Page 364
10.5.7 Radiation......Page 365
References......Page 366
11.1.1 Tyre basics......Page 373
11.2.1 Rubbers......Page 377
11.2.2 Fillers......Page 378
11.2.3 Fabrics and steel wires......Page 379
11.3.1 Process optimisation and design robustness......Page 380
11.3.2 Design for manufacturability......Page 381
11.4.1 Rolling resistance......Page 387
11.4.2 Treadwear......Page 390
11.4.3 Ride and handling......Page 400
11.4.4 Wet/snow/ice traction......Page 402
11.4.5 ‘Run-flat’ safety tyres......Page 404
11.5.1 Computer aided engineering......Page 408
11.5.2 Computational modelling of tyres......Page 410
References......Page 416
12 Automotive Rubbers......Page 423
12.1.1 Determination of the environmental conditions......Page 426
12.1.4 Example: Manifold seals......Page 428
12.2 Identification and characterisation of rubber......Page 429
12.2.2 Rubber characterisation......Page 430
12.3 Rubber applications in the car......Page 432
12.3.1 Rubber in the car......Page 433
12.3.2 Applications where rubber is present......Page 435
12.3.3 Chemical constraints......Page 438
12.3.4 Appearance of the body seals......Page 442
12.4.1 The transport of fluids (water, air, petrol in particular)......Page 444
12.4.2 Seals......Page 447
12.4.4 Mechanical functions of transmission......Page 449
12.5 Conclusions......Page 450
Bibliography......Page 451
Introduction......Page 453
13.1 Running shoes......Page 455
13.1.1 Polymers......Page 456
13.1.2 Fillers (see also Chapter 5)......Page 459
13.1.3 Pigments......Page 462
13.1.4 Cure systems......Page 463
13.1.5 Plasticisers, processing aids and oils......Page 465
13.1.7 Typical formulae......Page 466
13.2 Safety shoes......Page 467
13.2.1 Nitrile rubber-based compounds......Page 468
13.2.2 Poly(vinyl chloride)/nitrile blends......Page 471
13.2.3 Polychloroprene-based compounds......Page 472
13.3.1 Carboxylated nitrile based compounds......Page 476
13.3.3 Polybutadiene-based compounds......Page 478
13.4.1 Polyisobutylene-isoprene based compounds......Page 479
13.4.5 Cure systems......Page 481
13.4.7 Mixing......Page 482
13.5 Blown rubber compounds......Page 484
13.5.1 Classifications of foams......Page 485
13.5.3 Ethylene vinyl acetate rubber-based compounds......Page 487
13.6.2 Diene rubber blends......Page 490
13.7 Court compounds......Page 491
13.8 Autoclave shoes......Page 492
13.9 Thermoplastic elastomers (see also Chapter 4)......Page 493
13.9.1 Classes of TPE......Page 494
13.9.2 Styrenic TPE......Page 496
13.9.4 Copolyester TPEs......Page 497
13.9.7 Elastomeric alloys......Page 498
13.10.1 Isocyanates......Page 499
13.10.4 Production methods......Page 500
13.10.5 Millable polyurethane gums......Page 501
13.11 Poly(vinyl chloride)......Page 503
13.11.1 PVC compounding......Page 504
13.11.3 Typical formulas......Page 505
References......Page 506
14.1 Introduction......Page 515
14.2 Vibration control......Page 516
14.3 Floors......Page 520
14.4 Walls and windows......Page 521
14.5 Adhesives and sealants......Page 523
14.6 Roofing and waterproofing......Page 525
14.7 Summary......Page 530
References......Page 531
15.1 Introduction......Page 533
15.2.1 Pyrolysis and incineration......Page 534
15.2.2 Grinding methods......Page 535
15.2.3 Pulverisation methods......Page 536
15.2.4 Reclaiming processes......Page 538
15.2.5 Wave methods......Page 541
15.3.1 General remarks......Page 546
15.3.2 Rubber/recycled rubber blends......Page 548
15.3.3 Thermoplastic/recycled rubber blends......Page 549
15.3.4 Asphalt modified by tyre rubber......Page 555
15.3.5 Cement modified by tyre rubber......Page 557
References......Page 558
Abbreviations and Acronyms......Page 571
Index......Page 581