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Networking Skills: The Effect of Graphene on the Crosslinking of Natural Rubber Nanocomposites with Sulfur and Peroxide Systems

  • Tailored crosslinking in elastomers is crucial for their technical applications. The incorporation of nanoparticles with high surface-to-volume ratios not only leads to the formation of physical networks and influences the ultimate performance of nanocomposites, but it also affects the chemical crosslinking reactions. The influence of few-layer graphene (FLG) on the crosslinking behavior of natural rubber is investigated. Four different curing systems, two sulfur-based with different accelerator-to-sulfur ratios, and two peroxide-based with different peroxide concentrations, are combined with different FLG contents. Using differential scanning calorimetry (DSC), vulcametry (MDR) and swelling measurements, the results show an accelerating effect of FLG on the kinetics of the sulfur-based curing systems, with an exothermic reaction peak in DSC shifted to lower temperatures and lower scorch and curing times in the MDR. While a higher accelerator-to-sulfur ratio in combination with FLGTailored crosslinking in elastomers is crucial for their technical applications. The incorporation of nanoparticles with high surface-to-volume ratios not only leads to the formation of physical networks and influences the ultimate performance of nanocomposites, but it also affects the chemical crosslinking reactions. The influence of few-layer graphene (FLG) on the crosslinking behavior of natural rubber is investigated. Four different curing systems, two sulfur-based with different accelerator-to-sulfur ratios, and two peroxide-based with different peroxide concentrations, are combined with different FLG contents. Using differential scanning calorimetry (DSC), vulcametry (MDR) and swelling measurements, the results show an accelerating effect of FLG on the kinetics of the sulfur-based curing systems, with an exothermic reaction peak in DSC shifted to lower temperatures and lower scorch and curing times in the MDR. While a higher accelerator-to-sulfur ratio in combination with FLG leads to reduced crosslinking densities, the peroxide crosslinkers are hardly affected by the presence of FLG. The good agreement of crosslink densities obtained from the swelling behavior confirms the suitability of vulcameter measurements for monitoring the complex vulcanization process of such nanocomposite systems in a simple and efficient way. The reinforcing effect of FLG shows the highest relative improvements in weakly crosslinked nanocomposites.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Bettina StrommerORCiD, Dietmar Schulze, Bernhard SchartelORCiD, Martin BöhningORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Polymers
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:7 Bauwerkssicherheit
7 Bauwerkssicherheit / 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:MDPI
Jahrgang/Band:14
Ausgabe/Heft:20
Aufsatznummer:4363
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Crosslinking; Elastomers; Graphene; Nanocomposite; Network; Rubber; Vulcanization
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Nano
DOI:10.3390/polym14204363
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-560409
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:19.10.2022
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:07.11.2022
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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