Introdução
Para o reforço de componentes de borracha, como pneus de automóveis, correias transportadoras ou correias em V, são usados cordões de pneus e/ou materiais de malha. Durante o processo de produção, esses materiais são vulcanizados para se tornarem o composto de borracha. Entretanto, não são apenas as propriedades dinâmico-mecânicas de um composto de borracha ou de uma malha que são de interesse. Informações sobre a adesão entre o cabo do pneu e a borracha também são frequentemente necessárias; isso é afetado principalmente pela temperatura, pelas propriedades do material, pelo EstresseA tensão é definida como um nível de força aplicado a uma amostra com uma seção transversal bem definida. (Tensão = força/área). As amostras com seção transversal circular ou retangular podem ser comprimidas ou esticadas. Materiais elásticos, como a borracha, podem ser esticados até 5 a 10 vezes seu comprimento original.estresse mecânico e pelo agente de aderência usado.
Um agente de aderência é uma mistura aplicada à superfície do cabo do pneu para adaptar a força adesiva entre o composto de borracha e o cabo do pneu. Durante o uso de um pneu, ocorrem tensões de tração, cisalhamento e compressão quando a roda gira, bem como durante a frenagem, a partida ou as curvas.
Por esses motivos, o conhecimento sobre a adesão do cordão do pneu à matriz de borracha é essencial para o desenvolvimento de produtos com propriedades dinâmicas confiáveis e duráveis. Essas propriedades são influenciadas pelo desempenho do agente de aderência, que pode ser qualificado por meio de um sistema DMTA de alta força, como o Eplexor® 500 N da NETZSCH GABO Instruments. O Eplexor® 500 N não só é capaz de realizar testes de tração com base na norma ASTM D4776 para determinar a força máxima de arrancamento, mas também permite uma visão mais profunda das propriedades de um material ao aplicar uma força oscilante à amostra. A Figura 1 mostra o arranjo usado nos chamados testes T ou testes H (a denominação é baseada no formato da amostra) para determinar as propriedades dinâmicas dos cabos de pneus embutidos.
A) Influência da temperatura
A Figura 2 mostra um teste de fadiga realizado em dois compostos de cordão e borracha do mesmo material para caracterizar o comportamento de adesão em diferentes temperaturas.
A temperatura do experimento foi de 100°C para a amostra 1 (vermelha) e 150°C para a amostra 2 (azul). O teste foi realizado no modo de controle de força, ou seja, com uma força estática de 20 N e uma força dinâmica de 2 N. A frequência do teste foi de 60 Hz por 6000 segundos (360000 ciclos). O aumento no Módulo complexoO módulo complexo consiste em dois componentes, o módulo de armazenamento e o módulo de perda. O módulo de armazenamento (ou módulo de Young) descreve a rigidez e o módulo de perda descreve o comportamento de amortecimento (ou viscoelástico) da amostra correspondente usando o método de Análise Mecânica Dinâmica (DMA). módulo complexo da amostra 1 (vermelho) pode ser explicado como tendo sido causado pelo fato de que, a 100°C, o processo de Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações nas quais as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura prossegue. A 150°C, o Módulo complexoO módulo complexo consiste em dois componentes, o módulo de armazenamento e o módulo de perda. O módulo de armazenamento (ou módulo de Young) descreve a rigidez e o módulo de perda descreve o comportamento de amortecimento (ou viscoelástico) da amostra correspondente usando o método de Análise Mecânica Dinâmica (DMA). módulo complexo da amostra 2 (azul) diminui. Isso se deve ao fato de que o composto de borracha já começou a se degradar aqui.
A Figura 3 mostra o comportamento de amortecimento (tanδ) das duas amostras. Temperaturas diferentes resultam em propriedades de amortecimento diferentes.
As razões para isso são as mesmas mencionadas anteriormente. Com relação à curva vermelha (a 100°C), tanδ diminui devido à reticulação (Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações nas quais as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura); com relação à curva azul (a 150°C), aumenta devido à Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição.
B) Identificação de limites de estresse
A Figura 4 mostra os resultados obtidos por meio de análises realizadas em dois compósitos idênticos de cordão e borracha, mas com diferentes agentes de aderência. O objetivo desse teste foi determinar os limites de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão dinâmico-mecânica.
A varredura dinâmica estática no modo controlado por deformação aumenta a deformação estática e dinâmica passo a passo: 0,5% de carga estática/0,05% de deformação dinâmica; 1%/0,1%; 2%/0,2% ... 9%/0.9%.
A frequência do teste foi de 10 Hz. Para cada etapa de carga, 20 pontos de dados foram registrados para exibir o declínio esperado da força quando a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão máxima é atingida.
As linhas azuis mostram o comportamento do composto de cordão e borracha com boas propriedades de adesão, enquanto a curva vermelha se origina do material com adesão insuficiente. Como pode ser visto na amostra 1 (curva vermelha), o cordão do pneu já começa a se soltar da matriz de borracha com 6% de deformação estática e 0,6% de deformação dinâmica. A etapa de carga de 6%/0,6% estática/dinâmica indica o início do comportamento não linear do material.
Conhecendo os limites de tensão, outros testes podem ser realizados para obter mais informações sobre o material. A Figura 5 mostra a dependência do tempo do Módulo complexoO módulo complexo consiste em dois componentes, o módulo de armazenamento e o módulo de perda. O módulo de armazenamento (ou módulo de Young) descreve a rigidez e o módulo de perda descreve o comportamento de amortecimento (ou viscoelástico) da amostra correspondente usando o método de Análise Mecânica Dinâmica (DMA). módulo complexo e tanδ durante um teste de fadiga aplicado às mesmas amostras usadas na Figura 2.
O teste foi realizado no modo controlado por tensão em uma carga estática de 5% e uma carga dinâmica de 0,5% em uma frequência de 50 Hz. As condições foram selected de modo a ficarem próximas do limite de falha de 6%/0,6% derivado da figura 4, com o objetivo de induzir uma rápida degradação da amostra 1. O teste foi realizado em temperatura ambiente.
A Figura 5 mostra os resultados esperados. O envelhecimento mecânico da amostra 1 (vermelho) ocorre mais rapidamente do que o da amostra 2 (azul). Depois de 2300 segundos (115.000 ciclos), o cabo da amostra 1 começa a se soltar do composto de borracha, o que pode ser visto como um Módulo complexoO módulo complexo consiste em dois componentes, o módulo de armazenamento e o módulo de perda. O módulo de armazenamento (ou módulo de Young) descreve a rigidez e o módulo de perda descreve o comportamento de amortecimento (ou viscoelástico) da amostra correspondente usando o método de Análise Mecânica Dinâmica (DMA). módulo complexo E* decrescente.
O Módulo complexoO módulo complexo consiste em dois componentes, o módulo de armazenamento e o módulo de perda. O módulo de armazenamento (ou módulo de Young) descreve a rigidez e o módulo de perda descreve o comportamento de amortecimento (ou viscoelástico) da amostra correspondente usando o método de Análise Mecânica Dinâmica (DMA). módulo complexo da amostra 2 (azul) diminui apenas lentamente durante a medição.
Conclusão
Os testes contínuos de carga dinâmica (testes de fadiga) são adequados para caracterizar a adesão entre o cordão e a matriz de borracha quando os agentes de aderência são aplicados à superfície do cordão. Devido às altas forças e amplitudes necessárias, a série de instrumentos Eplexor® da NETZSCH GABO Instruments, em particular o Eplexor® 500 N, é adequada para carregar as amostras dinamicamente por milhares de ciclos. Para as análises, foram usadas amostras em forma de T ou H; elas consistiam em um cabo de pneu cada e material de borracha em uma extremidade (Teste T) ou em ambas as extremidades (Teste H).