Dynamiczne właściwości mechaniczne KPG-B

Badania dynamicznych właściwości mechanicznych KPG-B przeprowadzono na przykładzie dwóch grup materiałów kompozytowych otrzymywanych przy różnej zawartości recyklatu gumowego oraz przy zastosowaniu różnych odmian poliuretanowej osnowy.

Wyniki przedstawione w tab. 32 i na rys. 101-103 dotyczą badań wpływu zawartości recyklatu gumowego w KPG-B na dynamiczne właściwości mechaniczne materiałów kompozytowych, uzyskanych z lanych elastomerów uretanowych LEU-B, zsyntezowanych przy stosunku molowym NCO/OH równym 1,2/1 oraz recyklatu gumowego RG-1 użytego w procesie sporządzania kompozytów w ilości od 10% do 90% mas. Podobnie jak w przypadku badań DMTA kompozytów KPG-A do analiz zostały wybrane materiały kompozytowe, charakteryzujące się najbardziej korzystnym zespołem statycznych właściwości mechanicznych.

Tabela 32 Parametry przemian wyznaczone metodą DMTA materiałów kompozytowych typu KPG-B, zawierające różne ilości recyklatu gumowego RG-1, otrzymywanych przy stosunku molowym NCO/OH poliuretanowej osnowy równym 1,2/1.

tgδ G” G’

Ilość RG-1 Tg

Tg1 Tg2

T1 T2 G”(T1) G”(T2) -60⁰C 50⁰C [% mas.] [⁰C]

tgδ1

w Tg1

tgδ1

w Tg1

[⁰C] [MPa] [MPa]

0 - -11,6 - 0,34 -48,4 -17,2 59 134 1523 44

10 -47,8 -7,4 0,05 0,54 -50,9 -18,3 99 114 1220 14 20 -49,1 -8,4 0,09 0,52 -51,1 -17,6 138 85 1367 12 30 -49,4 -7,8 0,13 0,53 -50,1 -20,9 215 54 1401 10 40 -46,7 -11,7 0,24 0,41 -50,9 -23,1 217 43 1581 12 50 -47,6 -14,1 0,28 0,37 -48,4 -22,6 175 34 1442 11 60 -44,2 -12,5 0,29 0,36 -49,2 -23,3 215 23 1137 9 70 -44,3 -6,5 0,37 0,35 -50,5 -17,2 233 134 1264 7

80 -45,1 -11,6 0,46 0,31 -50,0 - 251 - 1284 6

90 -44,5 -10,0 0,65 0,20 -50,9 - 248 - 1047 5

100 -43,4 - 0,86 - -48,4 - 59 - 1000 4

gdzie:

Tg₁ - temperatura zeszklenia recyklatu gumowego RG-1 Tg₂ - temperatura zeszklenia osnowy poliuretanowej tgδ₁ - tangens kąta stratności recyklatu gumowego w Tg₁

tgδ2 - tangens kąta stratności osnowy poliuretanowej w Tg2

T₁, T₂ – temperatura maksimów piku na krzywej zależności lg(G”)(T)

G”(T₁) - moduł stratności recyklatu gumowego w maksimum zależności lg(G”)(T) G” (T₂)- moduł stratności osnowy poliuretanowej w maksimum zależności lg(G”)(T) G’(-60⁰C)- moduł zachowawczy w temperaturze -60⁰C

G’(+50⁰C)- moduł zachowawczy w temperaturze +50⁰C

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 8 0 100 1 20

Rys. 101 Zależności tangensa kąta stratności (tgδ) od temperatury dla KPG-B, otrzymanych z osnowy typu LEU-B przy NCO/OH = 1,2/1, zawierających różne ilości recyklatu gumowego RG-1, zmieniane w zakresie 10-90% mas.

-1 0 0 -8 0 -6 0 -4 0 -2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 recyklatu gumowego RG-1, zmieniane w zakresie 10-90% mas.

-1 0 0 -8 0 -6 0 -4 0 -2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 1 0⁶

1 0⁷ 1 0⁸ 1 0⁹

log(G') [Pa]

T e m p e ra tu ra [⁰C ]

L E U -B 1 0 % 2 0 % 3 0 % 4 0 % 5 0 % 6 0 % 7 0 % 8 0 % 9 0 % R G -1

Rys. 103 Zależności modułu zachowawczego (G’) od temperatury dla kompozytów KPG-B, otrzymanych z osnowy typu LEU-B przy NCO/OH = 1,2/1, zawierających różne ilości recyklatu gumowego RG-1, zmieniane w zakresie 10-90% mas.

Analiza wyników badań zestawionych w tab. 32 i na rys. 101-103 wskazuje, że KPG-B należą do materiałów heterogenicznych. Dowodem na to są przebiegi krzywych zależności modułu stratności (G”) oraz tangensa kąta stratności (tgδ) w funkcji temperatury, które wskazują na występowanie w materiałach KPG-B dwóch procesów relaksacyjnych, w zakresie temperatur od – 70⁰C do 0⁰C oraz od -30⁰C do +20⁰C. Wynika to z obecności w składzie badanych kompozytów recyklatu gumowego oraz lanych elastomerów uretanowych, wykazujących całkowitą separację fazową. Dodatkowych informacji, wskazujących na heterofazowość KPG-B, dostarcza również zróżnicowany przebieg zmian modułu zachowawczego (G’) kompozytów badanych w zakresie temperatury od ok. -100^oC do +80^oC. Z przedstawionych na rys. 101-102 przebiegów krzywych tgδ(T) oraz lg(G”)(T), opisujących przemiany fazowe kompozytów KPG-B oraz poszczególnych komponentów wchodzących w ich skład, można wywnioskować, że pasma maksymalnych wartości badanych wskaźników, w zakresie temperatur od -70⁰C do 0⁰C odpowiadają procesom relaksacyjnym, w obszarze temperatury zeszklenia recyklatu gumowego. Natomiast w zakresie temperatur od -30⁰C do +20⁰C, mamy do czynienia z procesem relaksacyjnym zachodzącym w osnowie poliuretanowej.

Ponadto wynik badań przedstawione w tab. 32 dowiodły, że ze wzrostem ilości recyklatu gumowego w KPG-B z 10% do 90% mas., wartości ich temperatur zeszklenia (Tg1) ulegają zmianie z -48⁰C do – 43⁰C. Zupełnie odmienną zależność odnotowano w przypadku temperatury zeszklenia poliuretanowej osnowy (Tg2), która ulega obniżeniu z wartości –7 ^oC do -10^oC, pod wpływem zwiększania ilości recyklatu gumowego w składzie KPG-B. Z kolei powiększenie ilości recyklatu gumowego w badanym zakresie, wywołuje stopniowy spadek tangensa kąta stratności tgδ1 osnowy poliuretanowej oraz tangensa kąta stratności tgδ1 fazy recyklatowej, występującej w ich składzie. Ponadto rezultaty badań przedstawione w tab. 32 i na rys. 103 wskazują, że zwiększanie zawartości recyklatu gumowego w KPG-B wywołuje spadek wartości ich modułu zachowawczego zarówno w obszarze poniżej Tg (G’-60o

C) kompozytów jak i w plateau ich elastyczności (G’₊₅₀^o_C). Zwiększanie ilości recyklatu gumowego w składzie badanych kompozytów wywołują również określone zmiany modułu stratności G”_T1 i G”_T2, odnoszących się do fazy recyklatu i fazy osnowy poliuretanowej. Dowodzi to, że wzrost zawartości recyklatu gumowego w KPG-B wpływa na ich zdolność do coraz lepszego tłumienia drgań.

Badania drugiej grupy materiałów kompozytowych, których wyniki przedstawiono w tab.

33-36 i na rys. 104-115, obejmowały analizę wpływu struktury poliuretanowych osnów kompozytów KPG-B, na ich dynamiczne właściwości mechaniczne. Do badań wytypowano materiały kompozytowe otrzymane z osnów w postaci LEU-B, zsyntetyzowanych przy stosunku molowym NCO/OH zmienianym w zakresie od 1,0/1 do 1,2/1, które zawierały stałą ilość recyklatu gumowego RG-1, wynoszącą odpowiednio 20; 40; 60 i 80% mas.

-100 -50 0 50 100 150

Rys. 104 Wpływ stosunku molowego NCO/OH osnowy na zależność tgδ od temperatury, dla KPG-B, zawierających 20% mas. RG-1.

Rys. 105 Wpływ stosunku molowego NCO/OH osnowy na zależność tgδ od temperatury, dla KPG-B, zawierających 40% mas. RG-1.

-100 -50 0 50 100 150

Rys. 106 Wpływ stosunku molowego NCO/OH osnowy na zależność tgδ od temperatury, dla KPG-B, zawierających 60% mas. RG-1.

Rys. 107 Wpływ stosunku molowego NCO/OH osnowy na zależność tgδ od temperatury, dla KPG-B, zawierających 80% mas. RG-1.

-100 -50 0 50 100 150

Rys. 108 Wpływ stosunku molowego NCO/OH osnowy na zależność G” od temperatury, dla KPG-B, zawierających 20% mas. RG-1.

Rys. 109 Wpływ stosunku molowego NCO/OH osnowy na zależność G” od temperatury, dla KPG-B, zawierających 40% mas. RG-1.

-100 -50 0 50 100 150

Rys. 110 Wpływ stosunku molowego NCO/OH osnowy na zależność G” od temperatury, dla KPG-B, zawierających 60% mas. RG-1.

Rys. 111 Wpływ stosunku molowego NCO/OH osnowy na zależność G” od temperatury, dla KPG-B, zawierających 80% mas. RG-1.

-100 -50 0 50 100 150 200

Rys. 112 Wpływ stosunku molowego NCO/OH osnowy na zależność G’ od temperatury, dla KPG-B, zawierających 20% mas. RG-1.

Rys. 113 Wpływ stosunku molowego NCO/OH osnowy na zależność G’ od temperatury, dla KPG-B, zawierających 40% mas. RG-1.

-100 -50 0 50 100 150 200

Rys. 114 Wpływ stosunku molowego NCO/OH osnowy na zależność G’ od temperatury, dla KPG-B, zawierających 60% mas. RG-1.

Rys. 115 Wpływ stosunku molowego NCO/OH osnowy na zależność G’ od temperatury, dla KPG-B, zawierających 80% mas. RG-1.

Tabela 33 Wpływ stosunku molowego NCO/OH na wielkości temperatury zeszklenia (Tg), tangensa kąta stratności (tgδ), modułu stratności (G”) oraz modułu zachowawczego (G’) kompozytów KPG-B zawierających 20% mas. recyklatu gumowego.

tgδ G” G’ Tabela 34 Wpływ stosunku molowego NCO/OH na wielkości temperatury zeszklenia (Tg), tangensa kąta stratności (tgδ), modułu stratności (G”) oraz modułu zachowawczego (G’) kompozytów KPG-B zawierających 40% mas. recyklatu gumowego.

tgδ G” G’ Tabela 35 Wpływ stosunku molowego NCO/OH na wielkości temperatury zeszklenia (Tg), tangensa kąta stratności (tgδ), modułu stratności (G”) oraz modułu zachowawczego (G’) kompozytów KPG-B zawierających 60% mas. recyklatu gumowego.

tgδ G” G’

Tabela 36 Wpływ stosunku molowego NCO/OH na wielkości temperatury zeszklenia (Tg), tangensa kąta stratności (tgδ), modułu stratności (G”) oraz modułu zachowawczego (G’) kompozytów KPG-B zawierających 80% mas. recyklatu gumowego.

tgδ G” G’

Tg1 - temperatura zeszklenia recyklatu gumowego RG-1 Tg2 - temperatura zeszklenia osnowy poliuretanowej tgδ₁ - tangens kąta stratności recyklatu gumowego w Tg₁ tgδ2 - tangens kąta stratności osnowy poliuretanowej w Tg2

T1, T2 – temperatura maksimów piku na krzywej zależności lg(G”)(T)

G”(T1) - moduł stratności recyklatu gumowego w maksimum zależności lg(G”)(T) G” (T₂)- moduł stratności osnowy poliuretanowej w maksimum zależności lg(G”)(T) G’(-60⁰C)- moduł zachowawczy w temperaturze -60⁰C

G’(+50⁰C)- moduł zachowawczy w temperaturze +50⁰C

Wyniki analizy DMTA kompozytów KPG-B, posiadających osnowy zsyntezowane przy różnych stosunkach molowych grup NCO/OH, wykazały analogicznie, jak w omówionych powyżej badaniach, heterofazowy charakter materiałów kompozytowych. Wskazują na to przebiegi krzywych zależności log(G”)(T) i tgδ(T) zaprezentowane na rys. 104-111, na których wyróżnić można maksima odpowiadające przemianom relaksacyjnym, zachodzącym w obszarze temperatury zeszklenia recyklatu gumowego i poliuretanowej osnowy.

Natomiast rezultaty badań, określające wpływ struktury poliuretanowej osnowy na ich dynamiczne właściwości mechaniczne, nie wykazały wyraźnych zmian w przebiegu i położeniu krzywych znajdujących się na rys. 108-115, które opisują zmiany modułów zachowawczych (G’) oraz modułów stratności (G”), otrzymanych materiałów kompozytowych, zachodzące w zakresie temperatury pomiaru w przedziale od -100⁰C do 150⁰C. Podobne wnioski wysunąć można w przypadku analizy przebiegu krzywych zależności tangensa kąta stratności w funkcji temperatury oraz wartości temperatur zeszklenia recyklatu gumowego (Tg₁), których wartości zestawiono w tab. 33-36. Jedyne różnice w

własnościach dynamicznych KPG-B, wynikające ze struktury ich osnów, można zauważyć w przypadku temperatury zeszklenia fazy poliuretanowej (Tg2). Jak wynika z danych zamieszczonych w tab. 33-36 wraz ze wzrostem stosunku molowego NCO/OH ulega ona zmniejszeniu o ok. 5-7⁰C. Jednak podobne zależności wykazano w przypadku badań lanych elastomerów uretanowych typu LEU-B, opisanych w p.6.1.1.3. Dlatego nie można przypisywać tego zjawiska oddziaływaniom recyklatu gumowego na osnowę.

Podsumowując rezultaty badań przedstawione w tab. 33-36 oraz na rys. 104-115 można przyjąć, że wielkości stosunku molowego NCO/OH poliuretanowej osnowy, zmieniane w zakresie od 1,0/1 do 1,2/1, nie wywierają większego wpływu na właściwości dynamiczne otrzymywanych kompozytów poliestrouretanowo–gumowych. Jest to bardzo korzystne dla procesu otrzymywania badanych materiałów kompozytowych, gdyż w znacznym stopniu może ułatwiać uzyskanie powtarzalności właściwości dynamicznych, szczególnie w warunkach wytwarzania kompozytów KPG-B na skalę przemysłową.