Pryže obecně mají nízkou tepelnou vodivost a vykazují poměrně vysokou hysterezi v průběhu cyklického zatěžování. Tyto vlastnosti vedou k výraznému vnitřnímu ohřevu vzorků a k vzestupu teploty, který je příčinou snížení modulu a také poklesu vnitřního tlumení pryže.

Odolnost vůči únavě i pevnost pryží klesá se stoupající teplotou.

Změna teploty je dána rozdílem mezi hysterezním vnitřním ohřevem pryží a odvodem tepla do okolního prostředí. Množství tepla uvolněného v průběhu jednoho cyklu je úměrné disipaci deformační energie nevratně ztracené v důsledku hystereze. Disipovaná energie závisí na testovacích podmínkách. Odvod tepla do okolí je závislý na gradientu teploty a na součiniteli přestupu tepla.

Velikost disipované energie pro jeden cyklus odpovídá ploše hysterezní smyčky v grafu deformace-zatížení [9]. S počtem cyklů klesá velikost této plochy exponenciálně [9]. Určitá míra disipované energie se přeměňuje na teplo. Část tohoto tepla se projevuje vnitřním ohřevem pryže, další část pak uniká do okolí. Zbytek se ztrácí v procesech, které v pryži během zatěžování probíhají. Z celkové disipované energie se na teplo přemění asi 55% [9].

Díky tomu se pryž začne ohřívat. Část tepla pak odchází do okolí [9, 10]. Vývoj teplot T při zatěžování se řídí tepelnou rovnicí (3.1) [9, 11], kde ρ je hustota, c je měrná tepelná kapacita, κ je součinitel tepelné vodivosti a 𝑸̇ je disipovaný výkon vztažený na jednotku objemu.

𝑄̇ = 𝜌𝑐𝑑𝑇

𝑑𝑡 − 𝜅∆𝑇 (3.1)

Mezní tepelné podmínky jsou dvojího druhu. Čelisti jsou potaženy teflonem pro snížení tření a tepelný stav lze považovat za adiabatický. Odchod tepla je třeba uvažovat na válcovém povrchu [9] pro r=R.

𝜅𝜕𝑇

𝜕𝑟+ 𝜆(𝑇 − 𝑇0) = 0 (3.2)

Vyhodnocení nelineárního přestupu tepla by bylo předmětem řešení metody konečných prvků.

44

ZÁVĚR

Práce se zabývá vývojem teplot u dvou typů pryžových materiálů při dynamickém zatěžování a vlastnostmi pryže, které se během tohoto zatěžování projeví. Ta slouží ke stanovení materiálových vlastností během dynamického zatěžování. V první kapitole se zabývám pryží jako materiálem, ve druhé kapitole potom dynamickou mechanickou analýzou a ve třetí kapitole ohřevem pryže během DMA.

V první kapitole je popsána pryž jako materiál, její historický vývoj od původního kaučuku až po materiály, které máme dnes, a dále některé její vlastnosti. Dále jsou v této kapitole popsány výhody a nevýhody pryžových materiálů. Čtenář tak má možnost pochopit některé vlastnosti, které jsou pro tento materiál typické.

Při experimentu byla nejprve naměřena tvrdost vzorků. Následně byla naměřena síla a amplituda v reálném čase a tato data byla poté vyhodnocena v prostředí MATLAB. Při měření tvrdosti se naměřené hodnoty u pryže typu B pohybovaly kolem 70 Shore A, u pryže typu D to pak bylo kolem hodnoty 80 Shore A, tato pryž je tedy tvrdší. Z uvedených grafů je vidět, že při vyšší frekvenci se moduly obou pryží ustálí dříve, vykazují však větší pokles. U tvrdší pryže vykazovaly oba moduly vyšší hodnoty. Stejné závěry pak lze formulovat i pro ztrátový úhel. Paměťový modul je u pryže vyšší než modul ztrátový. Zatímco paměťový modul začínal u pryže typu B na hodnotě přibližně 21 MPa a u pryže typu D na hodnotě 27 MPa, ztrátový modul měl na začátku měření u pryže typu B přibližnou hodnotu 5,5 MPa a u pryže typu D cca 9 MPa.

Během dynamického zatížení byla zároveň odečítána teplota uvnitř vzorku. Teplota u pryže D dosáhla vyšších hodnot, než teplota u pryže B. Při vyšší frekvenci vykazovaly oba vzorky větší teplotní nárůst, než při frekvenci nižší. Z hodnot napětí a deformace pak bylo možno stanovit hysterezní smyčku v každém cyklu a tedy i disipovanou energii. Ta se u pryže typu B na začátku zatěžování rovnala hodnotě cca 70 mJ pro obě zatěžovací frekvence. Pro vyšší frekvenci se však míra disipované energie snižovala rychleji.

Některé výsledky práce byly publikovány v článku „Self-Heating of Filled Rubber during Cyclic Loading“, který je mezi citovanými materiály [9]. Výzkum by dále bylo možné rozšířit o dynamické zkoušky pro různé amplitudy a předdeformace, což rozměr válečku nedovoloval.

Dále zatěžovat vzorky více frekvencemi a vytvořit tak komplexnější závislost měřených veličin na frekvenci a amplitudě. Další možností by bylo zjistit mechanické vlastnosti pryže

45

v případě, že vzorky by byly řízeny silou a ne deformací a poté porovnat s výsledky v článku Arthura R. Johnsona [11]. Další možností by bylo zkoumat ohřev izolovaného vzorku. Také by bylo možné simulovat tepelné stavy ve vzorku během zahřívání a pomocí metody konečných prvků popsat ohřev a energetické bilance vzorků.

46

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

[1] PETRÍKOVÁ, Iva. Mechanické vlastnosti pryží. Liberec, 2009. Habilitační práce. TU Liberec.

[2] Historie kaučuku a pryže. TYMA [online]. [cit. 2016-06-29]. Dostupné z:

http://www.tyma.cz/technicke-informace/materialy/historie-kaucuk-pryz/

[3] KNEDLA, Boleslav. Technická pryž. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1975. Knižnice dělníka v chemickém průmyslu.

[4] HOLUB, Josef. Pryž jako konstrukční materiál. Praha: Nakladatelství technické literatury, 1967. Gumárenská technologie. methods of viscoelastic properties of materials. TU Liberec, Czech Republic, 2007, , 1-8.

[8] RENDEK, Martin a Alexander LION. Strain induced transient effects of filler reinforced elastomers with respect to the Payne-Effect: experiments and constitutive modelling. Munich, 2010, , 23.

[9] MARVALOVÁ, Bohdana, Iva PETRÍKOVÁ a Jan NOVÁK. Self-Heating of Filled Rubber during Cyclic Loading. TU Liberec, 2016, ,

[10] PARK, Dong Myung, Won Hi HONG, Sang Goo KIM a Hwi Joong KIM. Heat generation of filled rubber vulcanizates and its relationship with vulcanizate network structures. European Polymer Journal. 2000, 36(11), 2429-2436. DOI:

10.1016/S0014-3057(00)00020-3. ISSN 00143057. Dostupné také z:

http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0014305700000203

[11] JOHNSON, Arthur R. a Tzi-Kang CHEN. Approximating thermo-viscoelastic heating of largely strained solid rubber components. 2004, , 13.

A-1

PŘÍLOHY A

Příloha A - 1

Příloha A - 2

A-2

Příloha A - 3

Příloha A - 4

A-3

Příloha A - 5

Příloha A - 6

A-4

Příloha A - 7

Příloha A - 8

A-5

Příloha A - 9

Příloha A - 10

B-1

PŘÍLOHY B

Příloha B - 1

Příloha B - 2

B-2

Příloha B - 3

Příloha B - 4

B-3

Příloha B - 5

Příloha B - 6

B-4

Příloha B - 7

Příloha B - 8

B-5

Příloha B - 9

Příloha B - 10

I dokument Závislost vnitřního ohřevu pryží na dynamickém namáhání (sidor 44-57)