Inleiding
Voor de versterking van rubberen onderdelen zoals autobanden, transportbanden of v-snaren worden bandenkoorden en/of gaasmaterialen gebruikt. Tijdens het productieproces worden deze materialen gevulkaniseerd tot het rubbermengsel. Het zijn echter niet alleen de dynamisch-mechanische eigenschappen van een rubbermengsel of een gaas die van belang zijn. Informatie over de hechting tussen het koord en het rubber is ook vaak nodig; deze wordt voornamelijk beïnvloed door de temperatuur, materiaaleigenschappen, mechanische spanning en de gebruikte tackifieerder.
Een tackifier is een mengsel dat op het oppervlak van de band wordt aangebracht om de kleefkracht tussen het rubbermengsel en de band te verbeteren. Tijdens het gebruik van een band treden trek-, schuif- en compressiespanningen op wanneer het wiel draait, maar ook tijdens het remmen, starten of bochten nemen.
Om deze redenen is kennis over de hechting van de bandkoord in de rubbermatrix essentieel om producten te ontwikkelen met betrouwbare en duurzame dynamische eigenschappen. Deze eigenschappen worden beïnvloed door de prestaties van de tackifier, die kunnen worden gekwalificeerd met behulp van een DMTA-systeem met hoge kracht, zoals de Eplexor® 500 N van NETZSCH GABO Instruments. De Eplexor® 500 N kan niet alleen trekproeven uitvoeren op basis van ASTM D4776 om de maximale uittrekkracht te bepalen, maar geeft ook meer inzicht in de materiaaleigenschappen door een oscillerende kracht op het monster uit te oefenen. Figuur 1 toont de opstelling die gebruikt wordt in de zogenaamde T-testen of H-testen (benaming is gebaseerd op de vorm van het monster) om de dynamische eigenschappen van ingesloten bandenkoorden te bepalen.
A) Invloed van de temperatuur
Figuur 2 toont een vermoeiingstest uitgevoerd op twee koord-rubber composieten van hetzelfde materiaal om het hechtgedrag bij verschillende temperaturen te karakteriseren.
De temperatuur van het experiment was 100°C voor monster 1 (rood) en 150°C voor monster 2 (blauw). De test werd uitgevoerd in de krachtgestuurde modus, d.w.z. met een statische kracht van 20 N en een dynamische kracht van 2 N. De testfrequentie was 60 Hz gedurende 6000 sec (360000 cycli). De toename van de Complexe ModulusDe complexe modulus bestaat uit twee componenten, de opslagmodulus en de verliesmodulus. De opslagmodulus (of Young's modulus) beschrijft de stijfheid en de verliesmodulus beschrijft het dempende (of visco-elastische) gedrag van het overeenkomstige monster volgens de methode van Dynamische Mechanische Analyse (DMA). complexe modulus van proefstuk 1 (rood) kan worden verklaard als zijnde veroorzaakt door het feit dat bij 100°C het uithardingsproces vordert. Bij 150°C daalt de Complexe ModulusDe complexe modulus bestaat uit twee componenten, de opslagmodulus en de verliesmodulus. De opslagmodulus (of Young's modulus) beschrijft de stijfheid en de verliesmodulus beschrijft het dempende (of visco-elastische) gedrag van het overeenkomstige monster volgens de methode van Dynamische Mechanische Analyse (DMA). complexe modulus van monster 2 (blauw). Dit is te wijten aan het feit dat het rubbermengsel hier al is begonnen met afbreken.
Figuur 3 toont het dempingsgedrag (tanδ) van de twee monsters. Verschillende temperaturen resulteren in verschillende dempingseigenschappen.
De redenen hiervoor zijn dezelfde als eerder genoemd. Ten opzichte van de rode curve (bij 100°C) neemt tanδ af door crosslinking (uitharding); ten opzichte van de blauwe curve (bij 150°C) neemt het toe door ontleding.
B) Stressgrenzen bepalen
Figuur 4 toont de resultaten verkregen door middel van analyses uitgevoerd op twee identieke koord-rubber composieten maar met verschillende tackifiers. Het doel van deze test was om de dynamisch-mechanische spanningsgrenzen te bepalen.
De statisch dynamische sweep in de rekgestuurde modus neemt stapsgewijs toe in de statische en dynamische rek: 0,5% statische belasting/0,05% dynamische rek; 1%/0,1%; 2%/0,2% .... 9%/0.9%.
De testfrequentie was 10 Hz. Voor elke belastingsstap werden 20 datapunten opgenomen om de verwachte krachtafname weer te geven zodra de maximale spanning is bereikt.
De blauwe lijnen tonen het gedrag van het koord-rubbercomposiet met goede hechtingseigenschappen, terwijl de rode curve afkomstig is van het materiaal met onvoldoende hechting. Zoals te zien is bij proefstuk 1 (rode curve), begint het koord van de band al uit de rubbermatrix te trekken bij 6% statische rek en 0,6% dynamische rek. De 6%/0,6% statische/dynamische belastingsstap geeft het begin van het niet-lineaire materiaalgedrag aan.
Nu we de spanningsgrenzen kennen, kunnen verdere tests worden uitgevoerd om meer informatie over het materiaal te verkrijgen. Figuur 5 toont de tijdsafhankelijkheid van de Complexe ModulusDe complexe modulus bestaat uit twee componenten, de opslagmodulus en de verliesmodulus. De opslagmodulus (of Young's modulus) beschrijft de stijfheid en de verliesmodulus beschrijft het dempende (of visco-elastische) gedrag van het overeenkomstige monster volgens de methode van Dynamische Mechanische Analyse (DMA). complexe modulus en tanδ tijdens een vermoeiingsproef uitgevoerd op dezelfde proefstukken als gebruikt in figuur 2. De proef werd uitgevoerd in de rekrichting en de drukrichting.
De proef werd uitgevoerd in de rekgestuurde modus bij een statische belasting van 5% en een dynamische belasting van 0,5% bij een frequentie van 50 Hz. De condities werden zo gekozen dat ze dicht bij de uit figuur 4 afgeleide bezwijkgrens van 6%/0,6% lagen, met als doel een snelle degradatie van proefstuk 1 te induceren. De test werd uitgevoerd bij kamertemperatuur.
Figuur 5 toont de verwachte resultaten. De mechanische veroudering van proefstuk 1 (rood) verloopt sneller dan die van proefstuk 2 (blauw). Na 2300 seconden (115000 cycli) begint het koord van monster 1 uit de rubbercompound te trekken, wat te zien is als een afnemende Complexe ModulusDe complexe modulus bestaat uit twee componenten, de opslagmodulus en de verliesmodulus. De opslagmodulus (of Young's modulus) beschrijft de stijfheid en de verliesmodulus beschrijft het dempende (of visco-elastische) gedrag van het overeenkomstige monster volgens de methode van Dynamische Mechanische Analyse (DMA). complexe modulus E*.
De Complexe ModulusDe complexe modulus bestaat uit twee componenten, de opslagmodulus en de verliesmodulus. De opslagmodulus (of Young's modulus) beschrijft de stijfheid en de verliesmodulus beschrijft het dempende (of visco-elastische) gedrag van het overeenkomstige monster volgens de methode van Dynamische Mechanische Analyse (DMA). complexe modulus van monster 2 (blauw) neemt slechts langzaam af tijdens de meting.
Conclusie
Continu dynamische belastingstesten (vermoeiingstesten) zijn geschikt voor het karakteriseren van de adhesie tussen het koord en de rubbermatrix wanneer er tackifiers op het koordoppervlak worden aangebracht. Door de hoge krachten en amplitudes die nodig zijn, is de Eplexor® instrumentenserie van NETZSCH GABO Instruments, in het bijzonder de Eplexor® 500 N, zeer geschikt voor het dynamisch belasten van de monsters gedurende duizenden cycli. Voor de analyses werden monsters in T- of H-vorm gebruikt; deze bestonden elk uit één bandenkoord en rubbermateriaal aan één uiteinde (T-test) of aan beide uiteinden (H-test).