Introduction
Pour renforcer les composants en caoutchouc tels que les pneus de voiture, les bandes transporteuses ou les courroies trapézoïdales, on utilise des câbles de pneu et/ou des matériaux maillés. Au cours du processus de production, ces matériaux sont vulcanisés pour devenir le mélange de caoutchouc. Toutefois, les propriétés dynamiques et mécaniques d'un mélange de caoutchouc ou d'une maille ne sont pas les seules à présenter un intérêt. Des informations sur l'adhérence entre le câble du pneu et le caoutchouc sont également souvent nécessaires ; cette adhérence dépend principalement de la température, des propriétés du matériau, de la contrainte mécanique et de l'agent adhésif utilisé.
Un agent adhésif est un mélange qui est appliqué à la surface de la corde du pneu pour adapter la force d'adhérence entre le composé de caoutchouc et la corde du pneu. Lors de l'utilisation d'un pneu, des contraintes de traction, de cisaillement et de compression apparaissent lorsque la roue tourne, ainsi que lors du freinage, du démarrage ou de la prise de virage.
Pour ces raisons, il est essentiel de connaître l'adhérence de la corde du pneu dans la matrice de caoutchouc afin de développer des produits aux propriétés dynamiques fiables et durables. Ces propriétés sont influencées par la performance de l'agent ManipulationL'adhésivité décrit l'interaction entre deux couches de matériaux identiques (auto-adhésion) ou différents (cohésion) en termes d'adhérence de surface.collant, qui peut être qualifiée à l'aide d'un système DMTA à haute force tel que le Eplexor® 500 N de NETZSCH GABO Instruments. Le Eplexor® 500 N est non seulement capable de réaliser des essais de traction basés sur la norme ASTM D4776 pour déterminer la force d'arrachement maximale, mais il permet également d'approfondir les propriétés d'un matériau en appliquant une force d'oscillation à l'échantillon. La figure 1 montre l'arrangement utilisé dans les tests en T ou en H (la dénomination est basée sur la forme de l'échantillon) pour déterminer les propriétés dynamiques des câbles de pneu encastrés.
A) Influence de la température
La figure 2 illustre un essai de fatigue réalisé sur deux composites corde-caoutchouc du même matériau afin de caractériser le comportement d'adhésion à différentes températures.
La température de l'expérience était de 100°C pour l'échantillon 1 (rouge) et de 150°C pour l'échantillon 2 (bleu). L'essai a été réalisé en mode force contrôlée, c'est-à-dire avec une force statique de 20 N et une force dynamique de 2 N. La fréquence d'essai était de 60 Hz pendant 6000 sec (360000 cycles). L'augmentation du Module complexeLe module complexe se compose de deux éléments, le module de stockage et le module de perte. Le module de stockage (ou module de Young) décrit la rigidité et le module de perte décrit le comportement d'amortissement (ou viscoélastique) de l'échantillon correspondant en utilisant la méthode de l'analyse mécanique dynamique (DMA). module complexe de l'échantillon 1 (rouge) peut être expliquée par le fait qu'à 100°C, le processus de Durcissement (réactions de réticulation)Le terme "crosslinking" signifie littéralement "mise en réseau". Dans le contexte chimique, il est utilisé pour les réactions dans lesquelles les molécules sont liées entre elles par l'introduction de liaisons covalentes et la formation de réseaux tridimensionnels.durcissement se poursuit. A 150°C, le Module complexeLe module complexe se compose de deux éléments, le module de stockage et le module de perte. Le module de stockage (ou module de Young) décrit la rigidité et le module de perte décrit le comportement d'amortissement (ou viscoélastique) de l'échantillon correspondant en utilisant la méthode de l'analyse mécanique dynamique (DMA). module complexe de l'échantillon 2 (bleu) diminue. Ceci est dû au fait que le composé de caoutchouc a déjà commencé à se dégrader.
La figure 3 montre le comportement d'amortissement (tanδ) des deux échantillons. Des températures différentes entraînent des propriétés d'amortissement différentes.
Les raisons en sont les mêmes que celles mentionnées précédemment. Par rapport à la courbe rouge (à 100°C), tanδ diminue en raison de la réticulation (Durcissement (réactions de réticulation)Le terme "crosslinking" signifie littéralement "mise en réseau". Dans le contexte chimique, il est utilisé pour les réactions dans lesquelles les molécules sont liées entre elles par l'introduction de liaisons covalentes et la formation de réseaux tridimensionnels.durcissement) ; par rapport à la courbe bleue (à 150°C), il augmente en raison de la Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition.
B) Détermination des limites de contrainte
La figure 4 présente les résultats obtenus au moyen d'analyses effectuées sur deux composites cordon-caoutchouc identiques mais comprenant des tackifiants différents. L'objectif de cet essai était de déterminer les limites de contraintes dynamiques et mécaniques.
Le balayage statique et dynamique en mode contrôlé par déformation augmente la déformation statique et dynamique pas à pas : 0,5 % de charge statique/0,05 % de déformation dynamique ; 1 %/0,1 % ; 2 %/0,2 % .... 9%/0.9%.
La fréquence d'essai était de 10 Hz. Pour chaque étape de charge, 20 points de données ont été enregistrés afin de montrer la baisse de force attendue une fois que la contrainte maximale est atteinte.
Les lignes bleues montrent le comportement du composite corde-caoutchouc avec de bonnes propriétés d'adhérence, tandis que la courbe rouge provient du matériau avec une adhérence insuffisante. Comme on peut le voir sur l'échantillon 1 (courbe rouge), le câble de pneu commence déjà à se détacher de la matrice de caoutchouc à une déformation statique de 6 % et à une déformation dynamique de 0,6 %. L'échelon de charge de 6 %/0,6 % en statique/dynamique indique le début du comportement non linéaire du matériau.
Connaissant les limites de contrainte, d'autres tests peuvent être effectués pour obtenir plus d'informations sur le matériau. La figure 5 illustre la dépendance temporelle du Module complexeLe module complexe se compose de deux éléments, le module de stockage et le module de perte. Le module de stockage (ou module de Young) décrit la rigidité et le module de perte décrit le comportement d'amortissement (ou viscoélastique) de l'échantillon correspondant en utilisant la méthode de l'analyse mécanique dynamique (DMA). module complexe et du tanδ au cours d'un essai de fatigue appliqué aux mêmes échantillons que ceux utilisés dans la figure 2.
L'essai a été réalisé en mode déformation contrôlée sous une charge statique de 5% et une charge dynamique de 0,5% à une fréquence de 50 Hz. Les conditions ont été choisies de manière à être proches de la limite de rupture de 6 %/0,6 % dérivée de la figure 4, dans le but d'induire une dégradation rapide de l'échantillon 1. Le test a été effectué à température ambiante.
La figure 5 montre les résultats attendus. Le vieillissement mécanique de l'échantillon 1 (rouge) est plus rapide que celui de l'échantillon 2 (bleu). Après 2300 secondes (115000 cycles), la corde de l'échantillon 1 commence à se détacher du composé de caoutchouc, ce qui se traduit par une diminution du Module complexeLe module complexe se compose de deux éléments, le module de stockage et le module de perte. Le module de stockage (ou module de Young) décrit la rigidité et le module de perte décrit le comportement d'amortissement (ou viscoélastique) de l'échantillon correspondant en utilisant la méthode de l'analyse mécanique dynamique (DMA). module complexe E*.
Le Module complexeLe module complexe se compose de deux éléments, le module de stockage et le module de perte. Le module de stockage (ou module de Young) décrit la rigidité et le module de perte décrit le comportement d'amortissement (ou viscoélastique) de l'échantillon correspondant en utilisant la méthode de l'analyse mécanique dynamique (DMA). module complexe de l'échantillon 2 (bleu) ne diminue que lentement pendant la mesure.
Conclusion
Les essais de charge dynamique continue (essais de fatigue) conviennent pour caractériser l'adhérence entre le cordon et la matrice en caoutchouc lorsque des agents adhésifs sont appliqués à la surface du cordon. En raison des forces et des amplitudes élevées requises, la série d'instruments Eplexor® de NETZSCH GABO Instruments, en particulier le Eplexor® 500 N, est bien adaptée pour charger les échantillons de manière dynamique pendant des milliers de cycles. Pour les analyses, des échantillons en forme de T ou de H ont été utilisés ; ils étaient constitués d'une corde de pneu chacun et d'un matériau en caoutchouc à une extrémité (test en T) ou aux deux extrémités (test en H).