Wprowadzenie
Do wzmacniania elementów gumowych, takich jak opony samochodowe, taśmy przenośnikowe lub pasy klinowe, stosuje się kordy i/lub materiały siatkowe. Podczas procesu produkcyjnego materiały te są wulkanizowane w celu uzyskania mieszanki gumowej. Interesujące są jednak nie tylko właściwości dynamiczno-mechaniczne mieszanki gumowej lub siatki. Często potrzebne są również informacje na temat przyczepności między kordem opony a gumą; wpływa na to głównie temperatura, właściwości materiału, naprężenia mechaniczne i zastosowany lepiszcze.
Środek adhezyjny to mieszanina nakładana na powierzchnię kordu opony w celu dostosowania siły przyczepności między mieszanką gumową a kordem opony. Podczas użytkowania opony występują naprężenia rozciągające, ścinające i ściskające, gdy koło się obraca, a także podczas hamowania, ruszania lub pokonywania zakrętów.
Z tych powodów wiedza na temat przyczepności kordu opony do gumowej osnowy jest niezbędna do opracowania produktów o niezawodnych i trwałych właściwościach dynamicznych. Właściwości te zależą od wydajności lepiszcza, którą można określić za pomocą systemu DMTA o dużej sile, takiego jak Eplexor® 500 N firmy NETZSCH GABO Instruments. Urządzenie Eplexor® 500 N nie tylko jest w stanie wykonywać próby rozciągania w oparciu o normę ASTM D4776 w celu określenia maksymalnej siły wyrywania, ale także pozwala na głębszy wgląd we właściwości materiału poprzez zastosowanie siły oscylacyjnej do próbki. Rysunek 1 przedstawia układ stosowany w tak zwanych testach T lub H (nazwa zależy od kształtu próbki) w celu określenia właściwości dynamicznych osadzonych kordów opon.
A) Wpływ temperatury
Rysunek 2 przedstawia test zmęczeniowy przeprowadzony na dwóch kompozytach kordowo-gumowych z tego samego materiału w celu scharakteryzowania zachowania przyczepności w różnych temperaturach.
Temperatura eksperymentu wynosiła 100°C dla próbki 1 (czerwona) i 150°C dla próbki 2 (niebieska). Test przeprowadzono w trybie kontrolowanej siły, tj. przy sile statycznej 20 N i sile dynamicznej 2 N. Częstotliwość testu wynosiła 60 Hz przez 6000 s (360000 cykli). Wzrost złożonego modułu próbki 1 (czerwony) można wyjaśnić jako spowodowany faktem, że w temperaturze 100°C proces utwardzania przebiega. W temperaturze 150°C Moduł zespolonyZłożony moduł składa się z dwóch składników, modułu sprężystości i modułu stratności. Moduł magazynowania (lub moduł Younga) opisuje sztywność, a moduł stratności opisuje tłumienie (lub lepkosprężystość) odpowiedniej próbki przy użyciu metody dynamicznej analizy mechanicznej (DMA). moduł zespolony próbki 2 (niebieski) zmniejsza się. Wynika to z faktu, że mieszanka gumowa rozpoczęła już degradację w tym miejscu.
Rysunek 3 przedstawia zachowanie tłumienia (tanδ) dwóch próbek. Różne temperatury skutkują różnymi właściwościami tłumienia.
Powody tego są takie same, jak wspomniano wcześniej. W odniesieniu do czerwonej krzywej (przy 100°C), tanδ maleje z powodu sieciowania (utwardzania); w odniesieniu do niebieskiej krzywej (przy 150°C), wzrasta z powodu rozkładu.
B) Identyfikacja limitów naprężeń
Rysunek 4 przedstawia wyniki uzyskane za pomocą analiz przeprowadzonych na dwóch identycznych kompozytach kordowo-gumowych, ale zawierających różne lepiszcza. Celem tego testu było określenie granicznych naprężeń dynamiczno-mechanicznych.
Statyczne przemiatanie dynamiczne w trybie sterowanym odkształceniem zwiększa odkształcenie statyczne i dynamiczne krok po kroku: 0,5% obciążenia statycznego/0,05% odkształcenia dynamicznego; 1%/0,1%; 2%/0,2% ... 9%/0.9%.
Częstotliwość testowa wynosiła 10 Hz. Dla każdego kroku obciążenia zarejestrowano 20 punktów danych, aby wyświetlić oczekiwany spadek siły po osiągnięciu maksymalnego naprężenia.
Niebieskie linie pokazują zachowanie kompozytu kordowo-gumowego o dobrych właściwościach adhezyjnych, podczas gdy czerwona krzywa pochodzi z materiału o niewystarczającej przyczepności. Jak widać na przykładzie 1 (czerwona krzywa), kord opony zaczyna się już wyciągać z gumowej matrycy przy 6% odkształceniu statycznym i 0,6% odkształceniu dynamicznym. Krok obciążenia 6%/0,6% stat./dynam. wskazuje na początek nieliniowego zachowania materiału.
Znając limity naprężeń, można przeprowadzić dalsze testy, aby uzyskać więcej informacji na temat materiału. Rysunek 5 przedstawia zależność czasową modułu zespolonego i tanδ podczas testu zmęczeniowego zastosowanego do tych samych próbek, co na rysunku 2.
Test przeprowadzono w trybie kontrolowanego odkształcenia przy obciążeniu statycznym 5% i obciążeniu dynamicznym 0,5% przy częstotliwości 50 Hz. Warunki zostały selected tak, aby były zbliżone do granicy uszkodzenia 6%/0,6% uzyskanej z rysunku 4, w celu wywołania szybkiej degradacji próbki 1. Test przeprowadzono w temperaturze pokojowej.
Rysunek 5 przedstawia oczekiwane wyniki. Starzenie mechaniczne próbki 1 (czerwonej) przebiega szybciej niż próbki 2 (niebieskiej). Po 2300 sekundach (115000 cykli) kord próbki 1 zaczyna wyciągać się z mieszanki gumowej, co można zaobserwować jako malejący Moduł zespolonyZłożony moduł składa się z dwóch składników, modułu sprężystości i modułu stratności. Moduł magazynowania (lub moduł Younga) opisuje sztywność, a moduł stratności opisuje tłumienie (lub lepkosprężystość) odpowiedniej próbki przy użyciu metody dynamicznej analizy mechanicznej (DMA). moduł zespolony E*.
Złożony moduł próbki 2 (niebieski) zmniejsza się tylko powoli podczas pomiaru.
Wnioski
Testy ciągłego obciążenia dynamicznego (testy zmęczeniowe) są odpowiednie do scharakteryzowania adhezji między kordem a gumową matrycą, gdy na powierzchnię kordu nakładane są lepiszcza. Ze względu na wymagane wysokie siły i amplitudy, seria przyrządów Eplexor® firmy NETZSCH GABO Instruments, w szczególności Eplexor® 500 N, jest dobrze przystosowana do dynamicznego obciążania próbek przez tysiące cykli. Do analiz wykorzystano próbki w kształcie litery T lub H; składały się one z jednego kordu opony i materiału gumowego na jednym końcu (test T) lub na obu końcach (test H).