A thermal model to describe kinetic dispersion in rubber nanocomposites: The effect of mixing time on dispersion
A thermal model to describe kinetic dispersion in rubber nanocomposites: The effect of mixing time on dispersion
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描述橡胶纳米复合材料动力学分散的热模型：混合时间对分散的影响
DOI：
10.1016/j.polymer.2019.03.044
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
4.6
通讯作者：
Rackaitis, Mindaugas
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Rishi, Kabir;Narayanan, Vishak;Beaucage, Gregory;McGlasson, Alex;Kuppa, Vikram;Ilavsky, Jan;Rackaitis, Mindaugas
纳米复合材料可以通过多种工艺生产。工业中常用的方法是将粘性聚合物（例如弹性体化合物）与纳米填料在布拉本德混合器或压延机中混合。分散度已使用混合指数 D R 进行量化，该指数基于微米级增强弹性体的显微照片。最近开发的基于 X 射线散射的技术允许基于热分散模型对分散进行替代的纳米级描述，其中在热分散的温度和纳米复合材料加工条件（例如混合时间、混合几何形状和动态分散的粘度）之间进行类比。本文利用范德华方程描述分散体中的排除体积和相互作用能，研究了混合时间对分散体的影响。研究发现，热分散类比表现良好，可以确定纳米级填料掺入弹性体的润湿时间。纳米级排除体积仅取决于填料类型，并且过量排除体积似乎对结合的橡胶层敏感。赝相互作用能强烈依赖于粘度和聚合物化学。热分散模型为理解纳米复合材料中的动力学分散提供了一种新方法。
Nanocomposites can be produced by a variety of processes. A common method used in industry is to mix a viscous polymer such as an elastomer compound, with nanofillers in a Brabender mixer or in a calendar. Dispersion has been quantified using a mixing index, D R, that is based on micrographs of reinforced elastomers on the micron-scale. A recently developed technique based on X-ray scattering allows for an alternative nano-scale description of dispersion based on a thermal-dispersion model where an analogy is made between temperature for thermal dispersion and nanocomposite processing conditions such as mixing time, mixing geometry, and viscosity for kinetic dispersion. In this paper the impact of mixing time on dispersion is investigated taking advantage of the van der Waals equation to describe excluded volume and interaction energy in the dispersion. It is found that the thermal-dispersion analogy is well behaved and can determine the wetting time for nano-scale incorporation of filler into elastomer. The nano-scale excluded volume depends only on the filler type and the excess excluded volume seems to be sensitive to the bound rubber layer. The pseudo-interaction energy is strongly dependent on viscosity and polymer chemistry. The thermal-dispersion model offers a novel approach to understanding kinetic dispersion in nanocomposites.
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