Въведение
За подсилване на каучукови компоненти, като автомобилни гуми, транспортни ленти или клиновидни ремъци, се използват гумени корди и/или мрежести материали. По време на производствения процес тези материали се вулканизират, за да се превърнат в каучукова смес. Интерес представляват обаче не само динамично-механичните свойства на каучуковата смес или на мрежата. Често е необходима и информация за адхезията между корда на гумата и каучука; тя се влияе главно от температурата, свойствата на материала, механичното напрежение и използвания тактификатор.
Такификаторът е смес, която се нанася върху повърхността на гумения корд, за да се адаптира якостта на залепване между каучуковата смес и гумения корд. По време на използването на гумата възникват напрежения на опън, срязване и натиск при въртене на колелото, както и при спиране, потегляне или завиване.
Поради тези причини познаването на адхезията на корда на гумата в каучуковата матрица е от съществено значение за разработването на продукти с надеждни и трайни динамични свойства. Тези свойства се влияят от характеристиките на адхезивния материал, които могат да се определят с помощта на система за измерване на висока сила DMTA, като например Eplexor® 500 N на NETZSCH GABO Instruments. Системата Eplexor® 500 N не само е в състояние да извършва тестове на опън въз основа на ASTM D4776 за определяне на максималната сила на издърпване, но също така позволява по-задълбочено вникване в свойствата на материалите чрез прилагане на осцилираща сила върху образеца. На фигура 1 е показано разположението, използвано при така наречените Т- или Н-изпитания (наименованието се основава на формата на образеца) за определяне на динамичните свойства на вградените корди на гумите.
А) Влияние на температурата
На фигура 2 е представено изпитване на умора, проведено върху два композита от корда и гума от същия материал, за да се характеризира поведението на сцепление при различни температури.
Температурата на експеримента е 100°C за проба 1 (червено) и 150°C за проба 2 (синьо). Изпитването е извършено в режим на контролирана сила, т.е. със статична сила от 20 N и динамична сила от 2 N. Честотата на изпитване е 60 Hz за 6000 сек (360000 цикъла). Увеличаването на комплексния модул на проба 1 (червена) може да се обясни като причинено от факта, че при 100°C процесът на втвърдяване продължава. При 150°C комплексният модул на образец 2 (син) намалява. Това се дължи на факта, че каучуковото съединение вече е започнало да се разгражда тук.
На фигура 3 е показано поведението на затихване (tanδ) на двата образеца. Различните температури водят до различни свойства на затихване.
Причините за това са същите като споменатите преди. По отношение на червената крива (при 100°C) tanδ намалява поради омрежване (втвърдяване); по отношение на синята крива (при 150°C) той се увеличава поради разлагане.
Б) Определяне на границите на напрежението
На фигура 4 са показани резултатите, получени чрез анализи, извършени върху два идентични композита от корда и гума, но включващи различни тактификатори. Целта на това изпитване е да се определят границите на динамично-механичните напрежения.
Статично-динамичното размахване в режим на управление на деформацията увеличава статичната и динамичната деформация стъпка по стъпка: 0,5 % статично натоварване/0,05 % динамична деформация; 1 %/0,1 %; 2 %/0,2 % ... 9%/0.9%.
Честотата на изпитването е 10 Hz. За всяка стъпка на натоварване бяха записани 20 точки данни, за да се покаже очакваното намаляване на силата след достигане на максималното напрежение.
Сините линии показват поведението на композитния материал от корда и гума с добри адхезионни свойства, докато червената крива произлиза от материала с недостатъчна адхезия. Както може да се види от образец 1 (червената крива), кордата на гумата започва да се издърпва от каучуковата матрица още при 6 % статично напрежение и 0,6 % динамично напрежение. Стъпката от 6 %/0,6 % статично/динамично натоварване показва началото на нелинейното поведение на материала.
Като се знаят границите на натоварване, могат да се проведат допълнителни изпитвания, за да се получи повече информация за материала. На фигура 5 е представена зависимостта от времето на комплексния модул и tanδ по време на изпитване за умора, приложено към същите образци, използвани на фигура 2.
Изпитването е проведено в режим на контролирана деформация при статично натоварване от 5 % и динамично натоварване от 0,5 % при честота от 50 Hz. Условията са избрани така, че да са близки до границата на разрушение от 6 %/0,6 %, получена от фигура 4, с цел да се предизвика бързо разрушаване на образец 1. Изпитването е извършено при стайна температура.
Фигура 5 показва очакваните резултати. Механичното стареене на образец 1 (червено) протича по-бързо от това на образец 2 (синьо). След 2300 сек (115000 цикъла) кордата на образец 1 започва да се изтегля от каучуковата смес, което се вижда като намаляващ комплексен модул E*.
Комплексният модул на образец 2 (син) намалява бавно по време на измерването.
Заключение
Непрекъснатите изпитвания на динамично натоварване (изпитвания на умора) са подходящи за характеризиране на сцеплението между кордата и каучуковата матрица, когато върху повърхността на кордата се прилагат лепила. Поради изискваните високи сили и амплитуди серията инструменти Eplexor® на NETZSCH GABO Instruments, по-специално Eplexor® 500 N, е подходяща за динамично натоварване на образците в продължение на хиляди цикли. За анализите са използвани образци с форма Т или Н; те се състоят от по един корд от гума и каучуков материал в единия край (Т-тест) или в двата края (Н-тест).