Mullins' effect in carbon black-natural rubber compounds : evaluation of the strain induced structural changes

This thesis work is aimed at evaluating the effect of straining on the behaviour of carbon black-filled natural rubber based compounds, differing in the filler content (N330 carbon black volume fraction: 0, 0.11, 0.2, 0.28). A preliminary mechanical characterization of the compounds was performed under tesile loading conditions both on the pristine materials and on materials that have been previously softened. The softening procedure which consists in 10 consecutive loading-unloading cycles, was performed at different strain values. From the stress strain curve data processing, the strain at the maximum chain extension was determined. This strain can be considered to be a feature of the compound structure. WAXD measurements were performed on stretched specimen to determine the strain at the onset of the stretching induced crystallization which is a compound structure feature too. From dynamic mechanical analysis (DMA), comparing the temperature dependence of the conservative and dissipative components of the dynamic modulus of the softened compounds to that of the pristine ones, a change in the mobility activation of loosely-bound rubber was observed.

In questo lavoro di tesi ci siamo prefissati l'obiettivo di valutare l'effetto di una procedura di softening causato da deformazione sul comportamento di mescole a base di gomma naturale e nero fumo a diversa concentrazione di filler (frazioni in volume del filler: 0, 0.11, 0.2, 0.28) Per prima cosa, abbiamo svolto una caratterizzazione meccanica del comportamento delle mescole. In seguito abbiamo eseguito una procedura di softening composta da dieci cicli di carico e scarico a deformazione finale fissata. Provando a valutare i cambiamenti strutturali causati dal softening , abbiamo misurato l'energia dissipata in ogni ciclo dall'isteresi delle curve di carico e scarico e la deformazione a cui si ha la massima estensione delle catene polimeriche. Di questi parametri è stato valutata anche la variazione nel tempo e l'eventuale recupero della struttura originaria, sia a temperatura ambiente che accelerando il processo con la temperatura. Associando le modifiche strutturali ad una variazione della mobilità della gomma legata, e quindi influenzata dalla presenza e dalla quantità di filler, abbiamo svolto due diversi tipi di prove esplorative della struttura: Analisi dinamico-meccanica (DMA), per valutare il cambiamento della mobilità della gomma legata, abbiamo confrontato la risposta in termini di variazione dei moduli elastico e dissipativo al variare della temperatura sia per la gomma "tal quale" che per quella mobilitata; Diffrazione di raggi X (WAXD), per misurare la capacità della gomma di cristallizzare sotto stiro e come questa proprietà cambi a seconda della quantità di filler e dall'applicazione o meno di una procedura di "softening"