Inledning
För förstärkning av gummikomponenter som bildäck, transportband eller kilremmar används däcksnören och/eller nätmaterial. Under produktionsprocessen vulkaniseras dessa material för att bli gummiblandningen. Det är emellertid inte bara de dynamiskt-mekaniska egenskaperna hos en gummiblandning eller ett nät som är av intresse. Ofta behövs också information om vidhäftningen mellan däckkord och gummi, som främst påverkas av temperatur, materialegenskaper, mekanisk påfrestning och det klistermedel som används.
En tackifier är en blandning som appliceras på däckkordets yta för att skräddarsy adhesionsstyrkan mellan gummiblandningen och däckkordet. Under användningen av ett däck uppstår drag-, skjuv- och tryckspänningar när hjulet roterar, liksom vid bromsning, start eller kurvtagning.
Av dessa skäl är kunskap om däckkordets vidhäftning i gummimatrisen avgörande för att kunna utveckla produkter med tillförlitliga och hållbara dynamiska egenskaper. Dessa egenskaper påverkas av klistermedlets prestanda, som kan bestämmas med hjälp av ett DMTA-system för höga krafter, t.ex. Eplexor® 500 N från NETZSCH GABO Instruments. Eplexor® 500 N kan inte bara utföra dragprov enligt ASTM D4776 för att bestämma den maximala utdragskraften, utan ger också en djupare inblick i materialets egenskaper genom att applicera en oscillerande kraft på provet. Figur 1 visar det arrangemang som används i de så kallade T- eller H-testerna (benämningen baseras på provets form) för att bestämma de dynamiska egenskaperna hos inbäddade däckcords.
A) Temperaturpåverkan
Figur 2 visar ett utmattningstest som utfördes på två kompositer av samma material, kord och gummi, för att karakterisera vidhäftningsbeteendet vid olika temperaturer.
Experimentets temperatur var 100°C för prov 1 (rött) och 150°C för prov 2 (blått). Testet utfördes i kraftstyrt läge, dvs. med en statisk kraft på 20 N och en dynamisk kraft på 2 N. Testfrekvensen var 60 Hz under 6000 sek (360000 cykler). Ökningen av komplexmodulen för prov 1 (rött) kan förklaras med att härdningsprocessen fortskrider vid 100°C. Vid 150°C minskar komplexmodulen för prov 2 (blått). Detta beror på att gummiblandningen redan har börjat brytas ned här.
I figur 3 visas dämpningsbeteendet (tanδ) för de två proverna. Olika temperaturer resulterar i olika dämpningsegenskaper.
Orsakerna till detta är desamma som nämnts tidigare. I förhållande till den röda kurvan (vid 100°C) minskar tanδ på grund av tvärbindning (Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning); i förhållande till den blå kurvan (vid 150°C) ökar den på grund av nedbrytning.
B) Identifiering av stressgränser
Figur 4 visar resultaten från analyserna av två identiska kompositer av kord och gummi, men med olika klistermedel. Syftet med detta test var att bestämma de dynamiska-mekaniska spänningsgränserna.
Den statiska dynamiska svepningen i det töjningsstyrda läget ökar den statiska och dynamiska töjningen steg för steg: 0,5 % statisk belastning/0,05 % dynamisk töjning; 1 %/0,1 %; 2 %/0,2 % ... 9%/0.9%.
Testfrekvensen var 10 Hz. För varje belastningssteg registrerades 20 datapunkter för att visa den förväntade kraftminskningen när den maximala spänningen har uppnåtts.
De blå linjerna visar beteendet hos kompositen av kord och gummi med goda vidhäftningsegenskaper, medan den röda kurvan härrör från materialet med otillräcklig vidhäftning. Som framgår av prov 1 (röd kurva) börjar däckkorden att dras ut ur gummimatrisen redan vid 6 % statisk töjning och 0,6 % dynamisk töjning. Belastningssteget 6 %/0,6 % statiskt/dynamiskt indikerar början på det olinjära materialbeteendet.
Med kännedom om spänningsgränserna kan ytterligare tester utföras för att få mer information om materialet. Figur 5 visar tidsberoendet för den komplexa modulen och tanδ under ett utmattningstest på samma prover som i figur 2.
Testet utfördes i töjningskontrollerat läge med en statisk belastning på 5% och en dynamisk belastning på 0,5% vid en frekvens på 50 Hz. Förhållandena valdes så att de låg nära brottgränsen på 6%/0,6% som härleds från figur 4, med målet att framkalla en snabb nedbrytning av prov 1. Testet utfördes vid rumstemperatur.
Figur 5 visar de förväntade resultaten. Den mekaniska åldringen av prov 1 (rött) sker snabbare än den för prov 2 (blått). Efter 2300 sek (115000 cykler) börjar sladden i prov 1 att dras ut ur gummiblandningen, vilket kan ses som en minskande Komplex modulDen komplexa modulen består av två komponenter, lagrings- och förlustmodulerna. Lagringsmodulen (eller Youngs modul) beskriver styvheten och förlustmodulen beskriver dämpningsbeteendet (eller det viskoelastiska beteendet) hos motsvarande prov med hjälp av metoden för dynamisk mekanisk analys (DMA). komplex modul E*.
Den komplexa modulen för prov 2 (blått) minskar endast långsamt under mätningen.
Slutsats
Kontinuerliga dynamiska belastningstester (utmattningstester) är lämpliga för att karakterisera vidhäftningen mellan cord och gummimatris när klibbmedel appliceras på cordytan. På grund av de höga krafter och amplituder som krävs är instrumentserien Eplexor® från NETZSCH GABO Instruments, i synnerhet Eplexor® 500 N, väl lämpad för att belasta proverna dynamiskt under tusentals cykler. För analyserna användes prover i T- eller H-form; dessa bestod av en däckkord vardera och gummimaterial i antingen ena änden (T-test) eller i båda ändarna (H-test).