Master's Thesis

Butyl Rubber Modified Using Expanded Graphite

Final Thesis 3.63 MB

Author of thesis: Ing. Michal Žůrek

Acad. year: 2022/2023

Supervisor: Mgr. František Kučera, Ph.D.

Reviewer: Ing. Josef Petruš, Ph.D.

Abstract:

This work deals with the influence of expanded graphite (EG) as a reinforcing filler on the mechanical and tribological properties of vulcanizates of butyl rubber blends. Tensile strength, elongation at break, moduli (M100, M200, M300 a M500), and Young's modulus of elasticity of the prepared vulcanizates were studied by the tensile test method. In addition to the tensile test results, the dispersion of EG particles was studied on scanning electron microscopy (SEM) images of the fracture surfaces of the prepared vulcanizates. The filler-matrix interaction was evaluated using the Kraus model for filled rubber and the results were subsequently compared with SEM images of the EG particle-matrix interface on the fracture surfaces of the vulcanizates. The effect of EG on the properties of the vulcanizates was compared with the effect of common rubber blacks (N220 and N772).
    It was found that an important factor affecting the mechanical properties of filled vulcanizates is the dispersion of filler particles. EG dosage higher than 5 phr promotes the agglomeration of filler particles in the butyl rubber matrix, which negatively affects the mechanical properties of the blend. Vulcanizates filled only with EG have lower tensile strength than those filled with N220 or N772 blacks. By choosing an appropriate ratio of EG to blacks, higher mechanical strength was achieved than with the use of only one filler.

Keywords:

Butyl rubber, expanded graphite, elastomer, Kraus model, filled rubber, mechanical properties, coefficient of friction.

Date of defence

31.05.2023

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student přednesl prezentaci na téma Modifikace butylkaučukového elastomeru s využitím expandovaného grafitu. Nejdříve seznámil komisi s obsahem prezentace. Pokračoval zvolenou metodou přípravy vulkanizátorů a metodami hodnocení vlastností vulkanizátorů. Následně představil výsledky botnacích zkoušek, výsledky SEM analýzy, interakce matrice a plniva, tahové zkoušky a aglomerace částic. Následně provedl srovnání připraveného expandovaného grafitu s komerčně dostupnými sazemi a poshrnutí výsledků byl komisí vyzván k odpovědím na otázky oponenta: 1) Definujte pojem ""mastikace kaučuku"". Byl tento jev pozorován na křivce krouticího momentu (viz Obr. 18)? Byl tento jev rozdílný pro různé kaučuky použité v práci? 2) Na str. 53 zmiňujte morfologii EG jako jeden z možných faktorů, které ovlivňují výsledky botnacích testů. Byla ověřena sorpční kaacita samotného EG v toluenu? 3) Jak byste vsvětlil nárůst relativní tažnosti vulkanizátů po přídavku plniva? Následně byla zadána komisí otázka proč se používá poměrně drahý expandovaný grafit. Student na všechny otázky výborně odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Materials Science

Study programme

Chemistry, Technology and Properties of Materials (NPCP_CHM)

Field of study

Chemistry, Technology and Properties of Materials (NPCO_CHM)

Composition of Committee

prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (předseda)
prof. Ing. Jaromír Havlica, DrSc. (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Pác (člen)
Ing. Jiří Lerch (člen)

Supervisor’s report
Mgr. František Kučera, Ph.D.

Student zpracoval DP samostatně a aktivně, včetně využití mezifakultní spolupráce, zvládl náročné požadavky pro úspěšnou přípravu kaučukových směsí. Celkově hodnotím DP stupněm výborně/A.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of the Assignment Requirements A
Study and Processing of the Literature B
Use of Knowledge Gained from the Literature A
Quality of the Results A
Interpretation and Discussion of the Results B
Conclusions and Their Formulation A
Use of Consultations during the Preparation of the Thesis B
Overall Approach to the Assigned Tasks A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Josef Petruš, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá experimentálním popisem systémů kaučukových elastomerů v přítomnosti vybraných uhlíkatých plniv. Práce je členěna logicky, byl připraven rozsáhlý soubor systémů kaučuk-plnivo, který byl posouzen zejména z hlediska morfologie a mechanických vlastností. Silnou stránkou práce je zejména práce s literaturou a to i v části diskuze. Slabými stránkami je pak absence vysvětlení některých myšlenek a až příliš stručná pasáž věnovaná popisu jednotlivých složek a jejich roli v připravených systémech kaučuk-plnivo.
Diplomovou práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení A - výborně.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of the Assignment Requirements A
Logical Structure of the Thesis A
Quality of the Results A
Interpretation and Discussion of the Results B
Use of Literature and Citations A
Language Quality B
Overall Formal Quality of the Thesis A
Conclusions and Their Formulation B
Topics for thesis defence:
  1. 1) Definujte pojem "mastikace kaučuku". Byl tento jev pozorován na křivce krouticího momentu (viz Obr. 18)? Byl tento jev rozdílný pro různé kaučuky použité v práci?
  2. 2) Na str. 53 zmiňujte morfologii EG jako jeden z možných faktorů, které ovlivňují výsledky botnacích testů. Byla ověřena sorpční kaacita samotného EG v toluenu?
  3. 3) Jak byste vsvětlil nárůst relativní tažnosti vulkanizátů po přídavku plniva?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová