Sanasto
Payne Effect
Payne-ilmiö on täytetyn, ristiinsidotun elastomeerijärjestelmän kompleksimoduulin pieneneminen muodonmuutosamplitudin kasvaessa.
Jos näytettä deformoidaan sinimuotoisesti, venymä seuraa jännitystä aikaviiveellä. Leikkausmoduulin pieneneminen käyttäytyy epälineaarisesti, ja sen voidaan katsoa johtuvan pääasiassa niin sanotusta täyteaineen ja täyteaineen vuorovaikutuksesta (ks. kuva 1). Eri vaikutukset vaikuttavat elastomeerin kokonaislujuuteen:
Täyttämättömän kumiverkon moduuli
(Täyttämättömän) kumiverkon kumimatriisin osuus kokonaisjäykkyydestä on amplitudista riippumaton.
Täyteainehiukkasten hydrodynaaminen vaikutus
Täyteainehiukkasten hydrodynaaminen vaikutus (esim. large hiilimustahiukkasten N8 ... N9 vuoksi):
Epäelastiset täyteainehiukkaset eivät osallistu venymiseen ja aiheuttavat suuremman polymeerin sisäisen muodonmuutoksen verrattuna sovellettuun makroskooppiseen muodonmuutokseen. Tämä vaikutus riippuu tilavuuden täyttöasteesta, mutta on riippumaton kuormituksen amplitudista ja vaikuttaa merkittävästi kokonaisjäykkyyteen.
Kumirakenteiden sisällä olevat rakenteet
Täyteaineen ja matriisin välillä on vuorovaikutuksia (esim. small - medium täyteaineklustereiden N1..., N2..., N5...,...,...)
Täyteaineen ja matriisin väliset vuorovaikutukset:
Osa kumista on immobilisoitunut täyteainerakenteeseen. Tämä immobilisaatio vaikuttaa myös amplitudista riippumattomaan kokonaisjäykkyyteen.
Täyteaineen ja täyteaineen vuorovaikutukset
Täyteaineen ja täyteaineen vuorovaikutus on olennaisesti vastuussa moduulin pienenemisestä. Mekaanisen kuormituksen seurauksena hiilimustan agglomeraatit (klusterit) rikkoutuvat, mikä johtaa jäykkyyden vähenemiseen. Aktiivinen HiilimustaLämpötila ja ilmakehä (puhdistuskaasu) vaikuttavat massanmuutostuloksiin. Vaihtamalla ilmakehä esimerkiksi typestä ilmaan TGA-mittauksen aikana voidaan lisäaineet, esimerkiksi hiili-musta, ja polymeerin irtotavarana oleva polymeeri erottaa toisistaan ja määrittää määrällisesti.hiilimusta tai piidioksidi voi muodostaa polymeerimatriisiin täyteaine-täyteaine-verkoston, joka kestää hyvin small amplitudia. Jos amplitudi nousee liian suureksi large, tämä verkosto hajoaa, minkä seurauksena G*-moduuli laskee voimakkaasti. Kun kyseessä ovat large muodonmuutokset, täyteaine- ja täyteaineverkoston vaikutus kompleksiseen moduuliin käytännössä häviää.
Moduulin pieneneminen on epälineaarista. Tämä epälineaarisuus johtuu hystereesihäviöistä, joita esiintyy täyteaineverkoston hajoamisen aikana sekä täyteaineverkostoon jääneen polymeerin vapautumisesta, joka voi sitten vaikuttaa jälleen venymään.
