Johdanto
Kumiosien, kuten autonrenkaiden, kuljetinhihnojen tai kiilahihnojen, vahvistamiseen käytetään rengasnaruja ja/tai verkkomateriaaleja. Tuotantoprosessin aikana nämä materiaalit vulkanoidaan kumiseokseksi. Kiinnostuksen kohteena eivät kuitenkaan ole ainoastaan kumiseoksen tai verkon dynaamis-mekaaniset ominaisuudet. Usein tarvitaan myös tietoa renkaankuidun ja kumin välisestä tarttuvuudesta, johon vaikuttavat pääasiassa lämpötila, materiaaliominaisuudet, mekaaninen rasitus ja käytetty liima-aine.
Tartunta-aine on seos, jota levitetään renkaankuidun pinnalle räätälöimään kumiseoksen ja renkaankuidun välistä tartuntalujuutta. Renkaan käytön aikana syntyy veto-, leikkaus- ja puristusrasitusta, kun pyörä pyörii sekä jarrutettaessa, käynnistettäessä ja kaarteessa.
Näistä syistä tieto rengasnarun kiinnittymisestä kumimatriisiin on välttämätöntä, jotta voidaan kehittää tuotteita, joilla on luotettavat ja kestävät dynaamiset ominaisuudet. Näihin ominaisuuksiin vaikuttaa tarttuvuusaineen suorituskyky, joka voidaan määrittää käyttämällä suuren voiman DMTA-järjestelmää, kuten NETZSCH GABO Instrumentsin Eplexor® 500 N -järjestelmää. Sen lisäksi, että Eplexor® 500 N -laitteella voidaan suorittaa ASTM D4776 -standardiin perustuvia vetokokeita suurimman vetovoiman määrittämiseksi, se mahdollistaa myös syvällisemmän näkemyksen materiaalien ominaisuuksista soveltamalla näytteeseen värähtelevää voimaa. Kuvassa 1 esitetään järjestely, jota käytetään niin sanotuissa T- tai H-testeissä (nimitys perustuu näytteen muotoon) upotettujen renkaiden koordien dynaamisten ominaisuuksien määrittämiseksi.
A) Lämpötilan vaikutus
Kuvassa 2 on esitetty väsytystesti, joka tehtiin kahdelle samaa materiaalia olevalle koordi- ja kumikomposiitille adheesiokäyttäytymisen kuvaamiseksi eri lämpötiloissa.
Näytteen 1 (punainen) lämpötila oli 100 °C ja näytteen 2 (sininen) lämpötila 150 °C. Kokeessa käytettiin 100 °C:n lämpötilaa. Testi suoritettiin voimaohjatussa tilassa, eli staattisella voimalla 20 N ja dynaamisella voimalla 2 N. Testitaajuus oli 60 Hz 6000 sekunnin ajan (360000 sykliä). Näytteen 1 (punainen) kompleksimoduulin nousu voidaan selittää sillä, että kovettumisprosessi etenee 100 °C:ssa. Näytteen 2 (sininen) Kompleksinen moduuliKompleksinen moduuli koostuu kahdesta komponentista, varastointimoduulista ja häviömoduulista. Varastointimoduuli (tai Youngin moduuli) kuvaa jäykkyyttä ja häviömoduuli kuvaa vastaavan näytteen vaimennus- (tai viskoelastista) käyttäytymistä dynaamisen mekaanisen analyysin (DMA) menetelmällä. kompleksimoduuli laskee 150 °C:ssa. Tämä johtuu siitä, että kumiseos on jo alkanut hajota tässä vaiheessa.
Kuvassa 3 esitetään kahden näytteen vaimennuskäyttäytyminen (tanδ). Eri lämpötilat johtavat erilaisiin vaimennusominaisuuksiin.
Syyt tähän ovat samat kuin edellä on mainittu. Punaisen käyrän (100 °C:n lämpötilassa) osalta tanδ pienenee ristisilloittumisen (kovettumisen) vuoksi; sinisen käyrän (150 °C:n lämpötilassa) osalta se kasvaa hajoamisen vuoksi.
B) Rasitusrajojen tunnistaminen
Kuvassa 4 esitetään tulokset, jotka on saatu kahdesta identtisestä koordikumi-komposiitista tehdyistä analyyseistä, jotka sisältävät eri tarttuvuusaineita. Tämän testin tavoitteena oli määrittää dynaamis-mekaaniset jännitysrajat.
Staattinen dynaaminen pyyhkäisy jännitysohjatussa tilassa lisää staattista ja dynaamista rasitusta askel askeleelta: 0,5 % staattinen kuormitus / 0,05 % dynaaminen rasitus; 1 % / 0,1 %; 2 % / 0,2 % ... 9%/0.9%.
Testitaajuus oli 10 Hz. Jokaista kuormitusaskelta varten tallennettiin 20 datapistettä, jotta voitiin näyttää odotettu voiman lasku, kun maksimijännitys on saavutettu.
Siniset viivat osoittavat narukumikomposiitin käyttäytymisen, kun sen tarttuvuusominaisuudet ovat hyvät, kun taas punainen käyrä on peräisin materiaalista, jonka tarttuvuus on riittämätön. Kuten näytteestä 1 (punainen käyrä) voidaan nähdä, renkaanköysi alkaa vetäytyä kumimatriisista jo 6 prosentin staattisen rasituksen ja 0,6 prosentin dynaamisen rasituksen kohdalla. Staattisen ja dynaamisen kuormituksen 6 %/0,6 %:n vaihe osoittaa epälineaarisen materiaalikäyttäytymisen alkamista.
Kun jännitysrajat tunnetaan, voidaan tehdä lisätestejä, joilla saadaan lisätietoja materiaalista. Kuvassa 5 esitetään kompleksimoduulin ja tanδ:n aikariippuvuus väsytystestin aikana, joka tehtiin samoille näytteille kuin kuvassa 2.
Testi suoritettiin venymäohjatussa tilassa 5 prosentin staattisella kuormituksella ja 0,5 prosentin dynaamisella kuormituksella 50 Hz:n taajuudella. Olosuhteet valittiin siten, että ne olivat lähellä kuvasta 4 johdettua 6 %/0,6 %:n vikaantumisrajaa, ja tarkoituksena oli saada aikaan näytteen 1 nopea HajoamisreaktioHajoamisreaktio on kemiallisen yhdisteen lämpöreaktio, jossa muodostuu kiinteitä ja/tai kaasumaisia tuotteita. hajoaminen. Testi suoritettiin huoneenlämmössä.
Kuvassa 5 esitetään odotetut tulokset. Näytteen 1 (punainen) mekaaninen vanheneminen tapahtuu nopeammin kuin näytteen 2 (sininen). Näytteen 1 johto alkaa 2300 sekunnin (115000 sykliä) jälkeen vetäytyä kumiseoksesta, mikä näkyy kompleksimoduulin E* pienenemisenä.
Näytteen 2 (sininen) Kompleksinen moduuliKompleksinen moduuli koostuu kahdesta komponentista, varastointimoduulista ja häviömoduulista. Varastointimoduuli (tai Youngin moduuli) kuvaa jäykkyyttä ja häviömoduuli kuvaa vastaavan näytteen vaimennus- (tai viskoelastista) käyttäytymistä dynaamisen mekaanisen analyysin (DMA) menetelmällä. kompleksimoduuli pienenee vain hitaasti mittauksen aikana.
Päätelmä
Jatkuvat dynaamiset kuormituskokeet (väsytyskokeet) soveltuvat kuvaamaan narun ja kumimatriisin välistä tarttuvuutta, kun narun pintaan on levitetty liima-aineita. Tarvittavien suurten voimien ja amplitudien vuoksi NETZSCH GABO Instrumentsin Eplexor® -sarja, erityisesti Eplexor® 500 N, soveltuu hyvin näytteiden dynaamiseen kuormittamiseen tuhansien syklien ajan. Analyyseissä käytettiin T- tai H-muotoisia näytteitä, jotka koostuivat kumpikin yhdestä rengasnarusta ja kumimateriaalista joko toisessa päässä (T-testi) tai molemmissa päissä (H-testi).