la sensibilidad de la caracterización friccional de elastómeros y compuestos elastoméricos.

Una amplia variedad de compuestos de caucho y elásticos que funcionan en fricción
Aplicaciones de campo relacionadas.
Se diferencian en composición, estructura, procesamiento, diseño y otras variables.
Dependiendo de cada una de estas variables, las propiedades físicas y mecánicas del producto pueden cambiar drásticamente.
Para complicar aún más el problema, resulta difícil predecir las condiciones reales de aplicación.
Por lo tanto, resulta difícil obtener una descripción precisa del rendimiento del material y la aplicación del producto.
Sin embargo, al mismo tiempo, siguen siendo necesarios métodos de ensayo rápidos, robustos y sensibles para describir el comportamiento elástico, la selección y la optimización de una manera definitiva, eficaz y económica, adecuada para la evaluación comparativa de materiales.
Como todos sabemos, la fricción es uno de los principales factores en el comportamiento de cualquier producto o servicio cuando se trata de contacto material.
Mediante un gran número de ensayos de laboratorio, que incluyen métodos de diseño estandarizados y personalizados, se pueden describir cuantitativamente los fenómenos de fricción.
La escasa sensibilidad de la prueba a los parámetros de aplicación determina la necesidad de diseñar diferentes tipos de fricción.
Métodos relacionados.
Tradicionalmente, existe un conjunto de fricción
Pruebas pertinentes diseñadas para cada aplicación del producto.
El estudio no proporcionó una revisión detallada de todos los productos y los métodos de prueba correspondientes, pero sería interesante enumerar algunos solo para abordar el tema.
La mayor fricción
El producto en cuestión es el neumático, y una de las principales características de rendimiento del neumático es la vida útil de la banda de rodadura.
Por lo tanto, el desarrollo de los neumáticos debe ser capaz de describir con precisión el estado de la superficie desgastada del neumático y las propiedades de fricción de los materiales involucrados.
Existen varios procedimientos ASTM que abarcan la medición del desgaste y la fricción de los neumáticos.
I. ASTM F 408 (ref. 1)
Determinar los parámetros relacionados con la fricción, como la tracción en mojado, el coeficiente de frenado y el deslizamiento.
Este método de prueba se considera "apropiado para fines de investigación y desarrollo, pero no apto para la aceptación de la normativa y las especificaciones, ya que los valores obtenidos no necesariamente coinciden para comparar el nivel de rendimiento de tracción con los obtenidos en diferentes condiciones".
Superficie, entorno, etc.).
"Este es un buen ejemplo de cómo probar la baja sensibilidad a los parámetros de entrada."
Otro ejemplo de cómo el producto funciona en modo de fricción es la cinta transportadora, que mide el desgaste y la fricción de forma diferente en la propia cinta.
Descripción general del desgaste
Materiales resistentes para la industria minera (ref. 2)
Se destaca la importancia de comprender las propiedades físicas del cuerpo elástico mediante pruebas adecuadas.
Una de las muchas pruebas tradicionales es la ASTM D 2228 (ref. 3).
Conocido como pico wear, se utiliza ampliamente en la industria de las cintas transportadoras.
Haga girar la muestra de caucho a una velocidad, tiempo y fuerza controlados bajo una fresa de carburo cargada e informe sobre la cantidad de desgaste.
Sin embargo, en la prueba pico se observó que "aunque la prueba puede utilizarse para estimar la resistencia al desgaste relativa de diferentes compuestos de caucho, debido a la amplia variación de las condiciones de la superficie, no se da ni se implica ninguna correlación entre esta prueba y el rendimiento en servicio.
"En la industria de las cintas transportadoras, se ha demostrado que las pruebas de desgaste estándar y personalizadas conocidas generalmente no muestran una correlación con el rendimiento de la cinta transportadora en el sitio debido a la baja sensibilidad a los parámetros de prueba (ref. 4).
El último ejemplo de un producto altamente resistente al desgaste es la suela y el tacón, y se han desarrollado una amplia variedad de pruebas estándar para su aplicación.
Desde hace muchos años se recomiendan numerosas máquinas para probar el desgaste del calzado (ref. 5).
Sin embargo, existen límites de sensibilidad para la mayoría de las pruebas, como el entorno, la superficie y la muestra.
Condiciones geométricas, no relacionadas con otras pruebas (ref. 5).
Basándonos en la breve revisión de los métodos de cuantificación de la fricción existentes descritos anteriormente, queda claro que ninguno de los métodos es suficientemente sensible para satisfacer todas las necesidades de cuantificación de la fricción.
Aplicaciones relacionadas.
El objetivo de este trabajo de imagen es proponer un método de representación de materiales basado en algún tipo de contacto por fricción que simule las propiedades de fricción del caucho y los compuestos elásticos.
Esta prueba debe ser sensible a los principales parámetros de aplicación en campo, como la carga, la velocidad o la forma del medio de contacto, así como a las condiciones ambientales.
La prueba debe ser aplicable a la evaluación comparativa, la clasificación, la selección y la optimización de costes de los materiales.
En este artículo presentamos el método de representación de fricción basado únicamente en imágenes.
Señala que se produce un cierto cambio en la vida útil del producto en su sector.
El proceso que tiene lugar en el interior del producto es complejo y no puede ser analizado ni descrito.
Sin embargo, algunas aplicaciones de campo (o entradas)
Se conocen parámetros como la carga, la temperatura y la forma del medio.
Debido a la influencia de los parámetros de entrada en el producto, el parámetro de atributo de campo final (o salida)
Se forman parámetros como el rendimiento del producto, la resistencia, la tasa de desgaste, el coste, etc.
Para aplicar el método basado únicamente en imágenes a propiedades de fricción de alta sensibilidad, se introduce un nuevo método de prueba dinámico.
La prueba incluye una combinación de rendimiento de carga y torsión.
Este estudio propone un método experimental para simular patrones de comportamiento de contacto específicos (ref. 5).
En la prueba, el objeto de contacto se presenta como un objeto simétrico simple (indentadores).
Todos los indentadores seleccionados son genéricos.
Punta de molienda de propósito (ref. 6)
Incluye piedras de diferentes formas, como esféricas, cónicas y planas.
En la Figura 1 se muestra un ejemplo de la geometría del indentador.
Figura 1 ligeramente]
El indentador se comprime contra una muestra fija, definida como una placa de un material elástico específico con un espesor conocido.
La compresión puede controlarse mediante fuerza o desplazamiento.
Aplique la carga de torsión al indentador y regístrela en función del desplazamiento angular y la compresión.
La resistencia al par se considera debida a la fricción entre la pieza impresa y la muestra elástica en contacto con la superficie.
Programa de prueba descrito (ref. 5)
Y mediante la inversión de las máquinas dinámicas MTS en este estudio (ref. 7).
Coloque la placa de goma de espesor constante debajo del indentador giratorio.
El espesor del material compuesto elástico corresponde al espesor real del producto.
El indentador presiona sobre la muestra elástica en la dirección perpendicular a la superficie de la muestra, hasta el nivel de carga seleccionado, dado según la fuerza axial, F, o el desplazamiento axial, [DELTA].
Después de alcanzar la carga o el desplazamiento seleccionado y mantenerlo durante 10 segundos, el indentador gira en modo de control de carga a la velocidad seleccionada [omega]. La carga (par T) Desplazamiento (ángulo [theta])
Y registra el tiempo 0.5 segundos.
Ángulo de rotación total establecido en 200 [grados].
En la figura 2 se muestran los resultados típicos de la prueba.
El par máximo tiene un valor pico que se puede cuantificar [T. sub. max] y [[theta]. sub. max].
Este pico representa la resistencia de fricción estática clásica, que corresponde al esfuerzo requerido para mover una superficie desde una posición estática, como se describe en la literatura (
Ref, por ejemplo. 8). Valores [T. sub. a]
Muestra la resistencia torsional del movimiento rotacional y puede utilizarse para cuantificar la resistencia de la fricción dinámica clásica, o para mover una superficie a otra a una velocidad determinada.
En este estudio se consideraron dos grupos de materiales, que incluyen cuatro grupos de materiales generales.
Caucho para uso (1, 2, 3, 4)
Dos tipos de materiales compuestos elásticos (A, B)
Refuerzo de tela.
El caucho es una mezcla a base de caucho natural (NR).
Caucho sintético con diferente composición, con rellenos de negro de humo (CB).
El material compuesto probado tiene entre una y cuatro capas de tejidos de poliéster y/o nailon reforzados de diferentes densidades (figura 3).
, Tiene una cubierta de caucho compuesta seleccionada a partir de caucho común de uso general a base de una mezcla de caucho sintético y NR, así como relleno de CB.
Figura 3 ligeramente]
Se estudió la sensibilidad de la influencia de las propiedades de fricción de la forma del indentador, la carga axial, la temperatura de ensayo y la velocidad de torsión para el material seleccionado, y los resultados se muestran en la Figura 4-8. [FIGURAS 4-8 OMITIDAS]
El efecto de la forma del indentador representa el impacto de objetos de diferentes formas que entran en contacto con el producto; por ejemplo, de forma similar a la diferencia de impacto entre piedras afiladas y piedras redondas comprimidas en la suela o que caen sobre la cinta transportadora.
Bajo la acción de una fuerza axial, se introducen hendiduras en forma de cono, esfera y bolas planas en materiales de caucho representativos (
NR con sistema de curado de azufre y relleno de negro de humo) y girado 200[grados]
A temperatura ambiente (TA).
Resistencia inversa (N*mm)
Como se muestra en la figura 4.
La forma de la curva de producción es similar a la tendencia tradicional (como se muestra en la figura 2).
La figura 4a representa bien el pico del par máximo correspondiente a la fricción estática.
Existe una diferencia significativa en la resistencia torsional generada por las diferentes formas de los indentadores.
Por ejemplo, cuando la fuerza axial es de 300 N, el indentador cónico hace que el material resista el par a 1000 N * mm, mientras que el indentador cónico produce alrededor de 750 N * mm (figura 4a).
El siguiente aspecto del ensayo consiste en estudiar el efecto de la carga axial aplicada sobre el mismo material de caucho representativo.
Por ejemplo, esta prueba reproducirá el efecto de piedras de distintos pesos que caen desde la misma altura sobre materiales seleccionados.
Como era de esperar, un aumento de la carga axial dio como resultado un aumento significativo de la resistencia a la torsión de los indentadores de diversas formas.
Al aumentar la carga de 300 N a 700 N, la resistencia a la torsión se ha duplicado con creces (figura 4).
Curiosamente, a medida que aumenta la carga, cambia el nivel de resistencia del material a los indentadores de la forma seleccionada.
Por ejemplo, bajo una carga axial menor, la resistencia torsional del material al indentador esférico es ligeramente inferior a su resistencia al indentador de forma de bola plana, pero la clasificación se invierte bajo una carga mayor.
Este resultado demuestra la importancia de seleccionar correctamente los parámetros de las pruebas de laboratorio para simular adecuadamente cada aplicación práctica.
Para simular el cambio de temperatura ambiente en la aplicación práctica, también se estudió la influencia de la temperatura en las propiedades de fricción del material.
Por ejemplo, la resistencia torsional del mismo material a un indentador plano se probó a temperatura ambiente [60 °C]°C y 80°C.
C y bajo cargas axiales de 300 N, 500 N y 700 N (figura 5).
La resistencia a la torsión del material disminuye con el aumento de la temperatura, lo cual es sin duda el resultado del ablandamiento del caucho.
En el caso de los indentadores cónicos, se observa la misma tendencia (Figuras 6 y 7).
El efecto de la velocidad se estudió previamente utilizando un material elástico (ref. 5).
En este caso, los valores de torsión registrados a una fuerza axial de 300 N presentan una dependencia muy consistente: los valores de resistencia a la torsión aumentan a medida que aumenta la velocidad.
En el trabajo actual
Efecto de cambiar la velocidad desde 1 [grados]
A 2 por segundo [grados]
Para una variedad de materiales, incluidos cuatro compuestos de caucho, se realizan estudios a una fuerza axial más alta de 700 N por segundo (1, 2, 3 y 4).
Dos tipos de materiales compuestos elásticos (A y B), (figura 8).
La clasificación de resistencia a la torsión de los compuestos de caucho no ha cambiado con el aumento de la velocidad, y para todos los materiales de prueba, una mayor velocidad está relacionada con resultados de torsión más altos.
Referencia de materiales.
La calificación relativa de dos compuestos cualesquiera (evaluación comparativa)
Puede depender de las condiciones de la prueba, como lo afirmó Schallamach en 1950 (ref. 9).
Para evaluar y comparar materiales y productos, es necesario realizar análisis comparativos.
En este estudio, mediante la indentación de piedras esféricas a diferentes velocidades, se probaron cuatro compuestos de caucho representativos y dos compuestos compuestos a temperatura ambiente y se evaluaron sus respuestas torsionales.
Figura 8a o 8b).
Es importante prestar atención a las diferencias significativas entre los resultados de los distintos materiales, ya que la sensibilidad de la prueba a las propiedades de los materiales es alta.
Estos resultados ilustran la importancia de realizar pruebas comparativas con parámetros específicos para evitar resultados engañosos en la clasificación de materiales.
El papel de los componentes energéticos en todas las pruebas discutidas anteriormente se lleva a cabo utilizando fuerza.
Un modo de compresión axial controlada que indica una situación en la que el peso del objeto penetrante provoca tensión de contacto: por ejemplo, una cinta transportadora que lleva rocas.
La deformación es esencial en algunas aplicaciones prácticas, como el sellado bajo compresión fija.
Esto significa que las pruebas de laboratorio deben programarse en modo de control de desplazamiento.
Finalmente, algunas aplicaciones se organizan según factores energéticos, como los amortiguadores o el rendimiento de la instalación.
Para estos casos, intente cargar-
Y deformación
Modo de control de un componente energético
Controle la prueba y luego compare el valor nominal de la resistencia torsional obtenida bajo la carga con el valor nominal del componente de energía de la prueba de control.
En la primera parte de este experimento, como se muestra en la Figura 9, se probaron cuatro compuestos de caucho y dos materiales compuestos con tres cargas axiales a temperatura ambiente.
El indentador con forma de esfera se cargó en una muestra y se giró a 200 [grados] a 1 [grados].
Rapidez y liberación completa.
Esta carga se repitió tres veces con una fuerza axial de 300 N, 500 N y 700 N, un total de 600 [grados] de rotación (200 [grados]
Repita tres veces).
Al igual que en las pruebas anteriores, existen diferencias significativas en el par de torsión para los materiales representativos.
La clasificación de torsión total muestra que el material 4 es el más alto, seguido del 1, el 3 y el 2.
Los valores de torsión de los dos materiales compuestos son muy similares.
Curiosamente, en los gráficos obtenidos con una carga de 300 N, el máximo de fricción estática clásico aparece significativamente en comparación con el aumento monótono del par a cargas más altas.
Figura 9 omitida
La segunda parte del experimento consiste en determinar la composición energética de cada material mediante la aplicación de la carga.
Utilice la curva de deflexión del indentador esférico a 10 N/seg.
Tasa de compresión a temperatura ambiente (figura 10).
Calcula el área bajo la curva para cada material y especifica el nombre del componente de energía E (N*mm).
La carga correspondiente a los tres componentes de energía se determina para cada material (figura 11). [FIGURAS 10-11 OMITIDAS]
A continuación, repita la primera parte del experimento, pero la carga aplicada no será la misma para todos los materiales.
En cambio, para cada material correspondiente a los tres niveles de componentes de energía, la fuerza axial se determina por separado: 700 N * mm, 1000 N * mm y 1500 N * mm, como se muestra en la Figura 11.
La figura 12 muestra el valor de torque obtenido.
La clasificación de la resistencia a la torsión del material cambia por completo, y debido al cambio del modo de control de la prueba de carga, el compuesto 3 y el compuesto B ahora soportan el par más alto (figura 9).
Componentes de energía (figura 12). Sin embargo.
Cabe señalar que algunos materiales parecen mantener sus clasificaciones: el compuesto 2 y el compuesto A, por ejemplo, siguen estando en el extremo inferior del nivel de resistencia a la torsión.
Figura 12:
Esta es una valiosa nota sobre la importancia de seleccionar correctamente las condiciones de control de las pruebas en función de la aplicación específica de la pieza en el campo.
En conclusión, se propone y desarrolla un método para la representación material de cuerpos elásticos y flexibles.
Material compuesto para resaltar sus propiedades de fricción únicas.
Basándose en este método, se seleccionó un conjunto de parámetros del material para cuantificar las propiedades de fricción bajo cargas dinámicas complejas y condiciones ambientales.
Se observa una alta sensibilidad de los parámetros propuestos en relación con las condiciones de carga (
Presión, velocidad)
Condiciones ambientales (temperatura)
Información del contacto (
Cabeza de forma)
Composición del material (
Diferentes materiales de caucho y compuestos).
La sensibilidad de los parámetros del material propuesto puede considerarse una característica importante de la posible evaluación comparativa para productos y aplicaciones específicas de cuerpos elásticos.
La evaluación comparativa puede considerarse como un método de expresión acelerado basado en la selección elástica y la optimización de información limitada sobre el rendimiento en campo. Referencias (1. )ASTM F408-94.
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