Introduzione
Per il rinforzo di componenti in gomma come pneumatici per auto, nastri trasportatori o cinghie trapezoidali, si utilizzano corde per pneumatici e/o materiali a maglia. Durante il processo di produzione, questi materiali vengono vulcanizzati per diventare la mescola di gomma. Tuttavia, non sono solo le proprietà dinamico-meccaniche di una mescola di gomma o di una maglia a essere di interesse. Spesso sono necessarie anche informazioni sull'adesione tra la corda del pneumatico e la gomma, che è influenzata principalmente dalla temperatura, dalle proprietà del materiale, dalle sollecitazioni meccaniche e dal tackifier utilizzato.
Il tackifier è una miscela che viene applicata sulla superficie della corda del pneumatico per adattare la forza adesiva tra la mescola di gomma e la corda del pneumatico. Durante l'uso di un pneumatico, si verificano sollecitazioni di trazione, taglio e compressione quando la ruota ruota ruota, così come durante la frenata, la partenza o la curva.
Per questi motivi, la conoscenza dell'adesione della corda del pneumatico alla matrice di gomma è essenziale per sviluppare prodotti con proprietà dinamiche affidabili e durature. Queste proprietà sono influenzate dalle prestazioni dell'appiccicatore, che possono essere qualificate utilizzando un sistema DMTA ad alta forza come Eplexor® 500 N di NETZSCH GABO Instruments. Il sistema Eplexor® 500 N non solo è in grado di eseguire prove di trazione in base alla norma ASTM D4776 per determinare la forza massima di estrazione, ma consente anche di approfondire le proprietà di un materiale applicando una forza oscillante al campione. La Figura 1 mostra la disposizione utilizzata nei cosiddetti T-Test o H-Test (la denominazione si basa sulla forma del campione) per determinare le proprietà dinamiche dei cordoni di pneumatici incorporati.
A) Influenza della temperatura
La Figura 2 mostra una Prova di faticaLe prove di fatica sono strumenti utili per analizzare il comportamento dei materiali nel tempo. Durante le prove di fatica, al provino viene applicato un carico dinamico oscillante. prova di fatica eseguita su due compositi corda-gomma dello stesso materiale per caratterizzare il comportamento di adesione a diverse temperature.
La temperatura dell'esperimento era di 100°C per il campione 1 (rosso) e di 150°C per il campione 2 (blu). La prova è stata eseguita in modalità controllata dalla forza, cioè con una forza statica di 20 N e una forza dinamica di 2 N. La frequenza di prova è stata di 60 Hz per 6000 sec (360000 cicli). L'aumento del Modulo complessoIl modulo complesso è costituito da due componenti, il modulo di accumulo e il modulo di perdita. Il modulo di accumulo (o modulo di Young) descrive la rigidità e il modulo di perdita descrive il comportamento smorzante (o viscoelastico) del campione corrispondente, utilizzando il metodo dell'analisi meccanica dinamica (DMA). modulo complesso del campione 1 (rosso) può essere spiegato come causato dal fatto che a 100°C il processo di indurimento procede. A 150°C, il Modulo complessoIl modulo complesso è costituito da due componenti, il modulo di accumulo e il modulo di perdita. Il modulo di accumulo (o modulo di Young) descrive la rigidità e il modulo di perdita descrive il comportamento smorzante (o viscoelastico) del campione corrispondente, utilizzando il metodo dell'analisi meccanica dinamica (DMA). modulo complesso del campione 2 (blu) diminuisce. Ciò è dovuto al fatto che la mescola di gomma ha già iniziato a degradarsi.
La Figura 3 mostra il comportamento di smorzamento (tanδ) dei due campioni. A temperature diverse corrispondono proprietà di smorzamento diverse.
Le ragioni sono le stesse già citate. Rispetto alla curva rossa (a 100°C), tanδ diminuisce a causa della reticolazione (polimerizzazione); rispetto alla curva blu (a 150°C), aumenta a causa della Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione.
B) Identificazione dei limiti di stress
La Figura 4 mostra i risultati ottenuti mediante analisi eseguite su due compositi corda-gomma identici, ma con diversi adesivi. L'obiettivo di questa prova era quello di determinare i limiti di sollecitazione dinamico-meccanica.
Lo sweep statico-dinamico nella modalità a controllo di deformazione aumenta in modo graduale la deformazione statica e dinamica: 0,5% di carico statico/0,05% di deformazione dinamica; 1%/0,1%; 2%/0,2% ... 9%/0.9%.
La frequenza di prova era di 10 Hz. Per ogni fase di carico, sono stati registrati 20 punti dati per visualizzare il declino della forza previsto una volta raggiunta la sollecitazione massima.
Le linee blu mostrano il comportamento del composito corda-gomma con buone proprietà di adesione, mentre la curva rossa proviene dal materiale con adesione insufficiente. Come si può notare dal campione 1 (curva rossa), il cordone di pneumatico inizia a staccarsi dalla matrice di gomma già al 6% di deformazione statica e allo 0,6% di deformazione dinamica. Il passaggio 6%/0,6% di carico statico/dinamico indica l'inizio del comportamento non lineare del materiale.
Conoscendo i limiti di sollecitazione, si possono eseguire ulteriori test per ottenere maggiori informazioni sul materiale. La figura 5 mostra la dipendenza temporale del Modulo complessoIl modulo complesso è costituito da due componenti, il modulo di accumulo e il modulo di perdita. Il modulo di accumulo (o modulo di Young) descrive la rigidità e il modulo di perdita descrive il comportamento smorzante (o viscoelastico) del campione corrispondente, utilizzando il metodo dell'analisi meccanica dinamica (DMA). modulo complesso e del tanδ durante una Prova di faticaLe prove di fatica sono strumenti utili per analizzare il comportamento dei materiali nel tempo. Durante le prove di fatica, al provino viene applicato un carico dinamico oscillante. prova di fatica applicata agli stessi campioni utilizzati nella figura 2. La prova è stata eseguita in condizioni di deformazione e di carico.
La prova è stata eseguita in modalità controllata dalla deformazione con un carico statico del 5% e un carico dinamico dello 0,5% a una frequenza di 50 Hz. Le condizioni sono state selectin modo da essere vicine al limite di rottura del 6%/0,6% derivato dalla figura 4, con l'obiettivo di indurre un rapido degrado del campione 1. La prova è stata eseguita a temperatura ambiente. La prova è stata eseguita a temperatura ambiente.
La figura 5 mostra i risultati attesi. L'invecchiamento meccanico del campione 1 (rosso) avviene più rapidamente di quello del campione 2 (blu). Dopo 2300 secondi (115000 cicli), il cordone del campione 1 inizia a staccarsi dalla mescola di gomma, come si può notare dalla diminuzione del Modulo complessoIl modulo complesso è costituito da due componenti, il modulo di accumulo e il modulo di perdita. Il modulo di accumulo (o modulo di Young) descrive la rigidità e il modulo di perdita descrive il comportamento smorzante (o viscoelastico) del campione corrispondente, utilizzando il metodo dell'analisi meccanica dinamica (DMA). modulo complesso E*.
Il Modulo complessoIl modulo complesso è costituito da due componenti, il modulo di accumulo e il modulo di perdita. Il modulo di accumulo (o modulo di Young) descrive la rigidità e il modulo di perdita descrive il comportamento smorzante (o viscoelastico) del campione corrispondente, utilizzando il metodo dell'analisi meccanica dinamica (DMA). modulo complesso del campione 2 (blu) diminuisce solo lentamente durante la misurazione.
Conclusione
Le prove di carico dinamico continuo (prove di fatica) sono adatte per caratterizzare l'adesione tra il cordone e la matrice di gomma quando sulla superficie del cordone vengono applicati dei tackifiers. A causa delle forze e delle ampiezze elevate richieste, la serie di strumenti Eplexor® di NETZSCH GABO Instruments, in particolare Eplexor® 500 N, è adatta a caricare dinamicamente i campioni per migliaia di cicli. Per le analisi sono stati utilizzati campioni a forma di T o H, costituiti da una corda di pneumatico ciascuno e da materiale in gomma a un'estremità (T-Test) o a entrambe le estremità (H-Test).