Úvod
Pro vyztužení pryžových součástí, jako jsou automobilové pneumatiky, dopravníkové pásy nebo klínové řemeny, se používají kordy a/nebo síťované materiály. Během výrobního procesu se tyto materiály vulkanizují, aby se z nich stala pryžová směs. Nejde však pouze o dynamicko-mechanické vlastnosti pryžové směsi nebo síťoviny, které jsou předmětem zájmu. Často jsou potřebné také informace o adhezi mezi kordem pneumatiky a pryží, která je ovlivněna především teplotou, vlastnostmi materiálu, mechanickým namáháním a použitým lepidlem.
Taktifikátor je směs, která se nanáší na povrch kordu pneumatiky, aby přizpůsobila adhezní pevnost mezi pryžovou směsí a kordem pneumatiky. Během používání pneumatiky dochází k namáhání v tahu, smyku a tlaku při otáčení kola, ale i při brzdění, rozjezdu nebo zatáčení.
Z těchto důvodů jsou znalosti o adhezi kordu pneumatiky v pryžové matrici nezbytné pro vývoj výrobků se spolehlivými a trvanlivými dynamickými vlastnostmi. Tyto vlastnosti jsou ovlivněny výkonem lepidla, který lze kvalifikovat pomocí systému DMTA s vysokou silou, jako je například Eplexor® 500 N od NETZSCH GABO Instruments. Systém Eplexor® 500 N nejenže dokáže provádět tahové zkoušky podle normy ASTM D4776 a stanovit maximální sílu při vytahování, ale umožňuje také hlubší vhled do vlastností materiálu působením oscilační síly na vzorek. Obrázek 1 ukazuje uspořádání používané při takzvaných T-testech nebo H-testech (označení vychází z tvaru vzorku) pro stanovení dynamických vlastností vložených kordů pneumatik.
A) Vliv teploty
Na obrázku 2 je znázorněna únavová zkouška provedená na dvou kompozitech z kordů a pryže ze stejného materiálu, která charakterizuje chování adheze při různých teplotách.
Teplota experimentu byla 100 °C pro vzorek 1 (červená) a 150 °C pro vzorek 2 (modrá). Zkouška byla provedena v režimu řízené síly; tj. se statickou silou 20 N a dynamickou silou 2 N. Zkušební frekvence byla 60 Hz po dobu 6000 s (360000 cyklů). Zvýšení komplexního modulu pružnosti vzorku 1 (červený) lze vysvětlit tak, že bylo způsobeno tím, že při teplotě 100 °C probíhá proces vytvrzování. Při 150 °C se Komplexní modulKomplexní modul se skládá ze dvou složek, a to z modulu skladovatelnosti a modulu ztrát. Skladovací modul (neboli Youngův modul) popisuje tuhost a ztrátový modul popisuje tlumicí (neboli viskoelastické) chování příslušného vzorku pomocí metody dynamické mechanické analýzy (DMA). komplexní modul vzorku 2 (modrý) snižuje. To je způsobeno tím, že zde již začala degradace kaučukové směsi.
Na obrázku 3 je zobrazeno chování tlumení (tanδ) obou vzorků. Různé teploty mají za následek různé tlumicí vlastnosti.
Důvody jsou stejné, jak bylo uvedeno výše. U červené křivky (při 100 °C) tanδ klesá v důsledku zesíťování (vytvrzování), u modré křivky (při 150 °C) roste v důsledku rozkladu.
B) Určení mezních hodnot napětí
Na obrázku 4 jsou zobrazeny výsledky analýz provedených na dvou identických kompozitech kord-guma, které však obsahují různé taktifikátory. Cílem této zkoušky bylo určit mezní hodnoty dynamicko-mechanického namáhání.
Staticko-dynamický rozptyl v režimu řízeném napětím zvyšuje statickou a dynamickou deformaci krok za krokem: 0,5 % statické zatížení/0,05 % dynamická deformace; 1 %/0,1 %; 2 %/0,2 % ... 9%/0.9%.
Zkušební frekvence byla 10 Hz. Pro každý stupeň zatížení bylo zaznamenáno 20 datových bodů, aby se zobrazil očekávaný pokles síly po dosažení maximálního napětí.
Modré čáry znázorňují chování kompozitu šňůra-pryž s dobrými adhezními vlastnostmi, zatímco červená křivka pochází z materiálu s nedostatečnou adhezí. Jak je patrné ze vzorku 1 (červená křivka), kord pneumatiky se začíná vytahovat z pryžové matrice již při 6 % statické deformaci a 0,6 % dynamické deformaci. Krok 6 %/0,6 % statické/dyn. zatížení naznačuje počátek nelineárního chování materiálu.
Při znalosti mezí namáhání lze provést další zkoušky a získat další informace o materiálu. Na obrázku 5 je znázorněna závislost komplexního modulu pružnosti a tanδ na čase během únavové zkoušky aplikované na stejné vzorky, které byly použity na obrázku 2.
Zkouška byla provedena v deformačně řízeném režimu při statickém zatížení 5 % a dynamickém zatížení 0,5 % při frekvenci 50 Hz. Podmínky byly zvoleny tak, aby se blížily mezní hodnotě porušení 6 %/0,6 % odvozené z obrázku 4, s cílem vyvolat rychlou degradaci vzorku 1. Zkouška byla provedena při pokojové teplotě.
Obrázek 5 ukazuje očekávané výsledky. Mechanické stárnutí vzorku 1 (červeně) probíhá rychleji než u vzorku 2 (modře). Po 2300 s (115 000 cyklů) se kord vzorku 1 začne vytahovat z pryžové směsi, což lze pozorovat jako klesající komplexní Modul pružnostiKomplexní modul pružnosti (pružná složka), modul skladování nebo G' je "reálná" část vzorků celkového komplexního modulu pružnosti. Tato pružná složka udává pevnou nebo fázovou odezvu měřeného vzorku. modul pružnosti E*.
Komplexní modulKomplexní modul se skládá ze dvou složek, a to z modulu skladovatelnosti a modulu ztrát. Skladovací modul (neboli Youngův modul) popisuje tuhost a ztrátový modul popisuje tlumicí (neboli viskoelastické) chování příslušného vzorku pomocí metody dynamické mechanické analýzy (DMA). Komplexní modul vzorku 2 (modrý) se během měření snižuje jen pomalu.
Závěr
Zkoušky kontinuálního dynamického zatížení (únavové zkoušky) jsou vhodné pro charakterizaci adheze mezi kordem a pryžovou matricí, pokud jsou na povrch kordu aplikovány taktifikátory. Vzhledem k vysokým požadovaným silám a amplitudám se k dynamickému zatěžování vzorků po tisíce cyklů dobře hodí přístroje řady Eplexor® od společnosti NETZSCH GABO Instruments, zejména přístroj Eplexor® 500 N. Pro analýzy byly použity vzorky ve tvaru T nebo H; ty se skládaly vždy z jednoho kordu pneumatiky a pryžového materiálu buď na jednom konci (T-test), nebo na obou koncích (H-test).