Introducere
Pentru ranforsarea componentelor din cauciuc, cum ar fi anvelopele auto, benzile transportoare sau curelele trapezoidale, se utilizează cordoane pentru anvelope și/sau materiale cu ochiuri. În timpul procesului de producție, aceste materiale sunt vulcanizate pentru a deveni compus de cauciuc. Cu toate acestea, nu numai proprietățile dinamico-mecanice ale unui compus din cauciuc sau ale unei ochiuri sunt de interes. De asemenea, sunt adesea necesare informații privind aderența dintre cablul anvelopei și cauciuc; aceasta este afectată în principal de temperatură, proprietățile materialului, tensiunea mecanică și adezivul utilizat.
Un adeziv este un amestec care se aplică pe suprafața coardei anvelopei pentru a adapta puterea adezivă dintre compusul de cauciuc și coarda anvelopei. În timpul utilizării unei anvelope, apar tensiuni de tracțiune, forfecare și compresiune atunci când roata se rotește, precum și în timpul frânării, demarării sau virajelor.
Din aceste motive, cunoașterea aderenței cordonului anvelopei în matricea de cauciuc este esențială pentru a dezvolta produse cu proprietăți dinamice fiabile și durabile. Aceste proprietăți sunt influențate de performanța adezivului, care poate fi calificat utilizând un sistem DMTA de forță mare, cum ar fi Eplexor® 500 N de la NETZSCH GABO Instruments. Sistemul Eplexor® 500 N nu numai că este capabil să efectueze teste de tracțiune pe baza ASTM D4776 pentru a determina forța maximă de smulgere, dar permite și o înțelegere mai profundă a proprietăților unui material prin aplicarea unei forțe oscilante asupra probei. Figura 1 prezintă aranjamentul utilizat în așa-numitele teste T sau teste H (denumirea se bazează pe forma probei) pentru a determina proprietățile dinamice ale cablurilor de anvelope încorporate.
A) Influența temperaturii
Figura 2 prezintă un test de oboseală efectuat pe două materiale compozite din același material pentru a caracteriza comportamentul aderenței la diferite temperaturi.
Temperatura experimentului a fost de 100°C pentru proba 1 (roșu) și 150°C pentru proba 2 (albastru). Încercarea a fost efectuată în modul controlat de forță, adică cu o forță statică de 20 N și o forță dinamică de 2 N. Frecvența încercării a fost de 60 Hz timp de 6000 sec (360000 cicluri). Creșterea modulului complex al probei 1 (roșu) poate fi explicată ca fiind cauzată de faptul că, la 100°C, procesul de întărire continuă. La 150°C, modulul complex al probei 2 (albastru) scade. Acest lucru se datorează faptului că compusul de cauciuc a început deja degradarea aici.
Figura 3 prezintă comportamentul de amortizare (tanδ) al celor două probe. Temperaturile diferite determină proprietăți de amortizare diferite.
Motivele pentru aceasta sunt aceleași ca cele menționate anterior. În ceea ce privește curba roșie (la 100°C), tanδ scade din cauza reticulării (întăririi); în ceea ce privește curba albastră (la 150°C), crește din cauza descompunerii.
B) Identificarea limitelor de tensiune
Figura 4 prezintă rezultatele obținute prin intermediul analizelor efectuate pe două materiale compozite cauciuc-cordon identice, dar care conțin agenți de aderență diferiți. Obiectivul acestui test a fost de a determina limitele de tensiune dinamico-mecanică.
Scanarea dinamică statică în modul controlat de deformare crește în deformare statică și dinamică pas cu pas: 0,5% sarcină statică/0,05% deformare dinamică; 1%/0,1%; 2%/0,2% ... 9%/0.9%.
Frecvența de testare a fost de 10 Hz. Pentru fiecare pas de sarcină, au fost înregistrate 20 de puncte de date pentru a afișa declinul așteptat al forței odată ce este atinsă tensiunea maximă.
Liniile albastre arată comportamentul compozitului cablu-cauciuc cu proprietăți bune de aderență, în timp ce curba roșie provine de la materialul cu aderență insuficientă. După cum se poate observa din proba 1 (curba roșie), cordonul anvelopei începe deja să se desprindă din matricea de cauciuc la 6% deformație statică și 0,6% deformație dinamică. Pasul de încărcare de 6%/0,6% stat. / dinam. indică începutul comportamentului neliniar al materialului.
Cunoscând limitele de tensiune, pot fi efectuate teste suplimentare pentru a obține mai multe informații despre material. Figura 5 prezintă dependența de timp a modulului complex și a tanδ în timpul unui test de oboseală aplicat acelorași probe ca cele utilizate în figura 2.
Testul a fost efectuat în modul controlat prin deformare la o sarcină statică de 5% și o sarcină dinamică de 0,5% la o frecvență de 50 Hz. Condițiile au fost selectate astfel încât să fie apropiate de limita de cedare de 6%/0,6% derivată din figura 4, cu obiectivul de a induce o degradare rapidă a probei 1. Încercarea a fost efectuată la temperatura camerei.
Figura 5 prezintă rezultatele așteptate. Îmbătrânirea mecanică a probei 1 (roșu) are loc mai rapid decât cea a probei 2 (albastru). După 2300 de secunde (115 000 de cicluri), cordonul eșantionului 1 începe să se desprindă din compusul de cauciuc, ceea ce poate fi observat ca o scădere a modulului complex E*.
Modulul complex al probei 2 (albastru) scade doar lent în timpul măsurătorii.
Concluzie
Testele de încărcare dinamică continuă (teste de oboseală) sunt adecvate pentru caracterizarea aderenței dintre cordon și matricea de cauciuc atunci când pe suprafața cordonului se aplică adezivi. Datorită forțelor și amplitudinilor mari necesare, seria de instrumente Eplexor® de la NETZSCH GABO Instruments, în special Eplexor® 500 N, este potrivită pentru încărcarea dinamică a probelor timp de mii de cicluri. Pentru analize, au fost utilizate probe în formă de T sau H; acestea au constat din câte o coardă de anvelopă și material de cauciuc fie la un capăt (testul T), fie la ambele capete (testul H).