Výzkum & vývoj

K extrémně dynamicky namáhaným komponentům, které každodenně zajišťují lidskou bezpečnost, patří pneumatiky osobních či nákladních automobilů.  Významnou roli zde zaujímá kontaktní místo mezi běhounem pneumatiky a vozovkou, které zajišťuje přenos všech sil působících na vozidlo a tudíž i na bezpečnost. Ať již dynamické zatěžování způsobené akcelerací vozidla, bržděním, průjezdem zatáček či geometrií podvozku zapříčiňuje nevratný oděr běhounu pneumatiky, čímž jsou ovlivněny mechanické vlastnosti pneumatiky a tím i jízdní vlastnosti vozidla. Parametr oděru je pro konečného zákazníka zásadní, neboť pneumatika s nižším oděrem má vyšší životnost a delší dojezdnost. Proto jsou materiály určené pro běhouny pneumatik optimalizovány pro snížení oděru. Určit přesný reální oděr pryže určené pro běhoun pneumatiky je v současné době možné pouze reálnými testy na kompletních pneumatikách, ať již na měřících zařízeních či na reálných testovacích vozidlech. Tyto testy jsou však časově i ekonomicky velmi náročné a naměřené hodnoty se vztahují pouze ke kompletní struktuře pneumatiky a nikoliv k materiálovým hodnotám pryže běhounu.

Pneumatiky jako vícesložkové komponenty se sestávají z pryží na bázi kombinace několika různých kaučuků. Při dynamickém zatěžování pneumatiky dochází k projevu lomových vlastností v podobě vzniku mikrotrhlin v jednotlivých fázích pryže nezávisle na sobě. Parametrem charakterizující lomové vlastnosti je rychlost šíření trhliny v závislosti na zatěžování. Růst trhliny v jednotlivých vrstvách je ovlivněn okolními vrstvami a jejich stavbou. Dle vzájemného zesíťování respektive vulkanizace dochází k šíření trhliny více vrstvami, či je trhlina zastavena na hranici mezi nimi a nebo dochází k jejich delaminaci.

K extrémně dynamicky namáhaným komponentům, které každodenně zajišťují lidskou bezpečnost, patří zvláště pneumatiky. Významnou roli zde zaujímá kontaktní místo mezi běhounem pneumatiky a vozovkou, které zajišťuje přenos všech sil působících na vozidlo a tudíž i na bezpečnost. Pro vozovku typické mikro- a makro- nerovnosti, např. štěrk, mají významný vliv na lokální napětí čímž ovlivňují globální strukturu pneumatiky. Dynamické zatěžování může v takovémto případě způsobit poškození pneumatiky a ovlivnit rovnovážný stav systému, který může vést až k jeho destrukci. Takové poškození může v jednoduchém případě ovlivnit jízdní vlastnosti, avšak v kritickém stavu může zapříčinit nehodu vozidla. Výzkum v této oblasti je velmi obtížný především v popisu viskoelastických vlastností pryže, které vykazují vliv na tvorbu, iniciaci a šíření trhlin.

Trhliny v pneumatikách nejsou ovlivňovány pouze zatěžováním kontaktního místa pneumatiky s vozovkou, ale významnou roli tvoří složení gumárenské směsi použité pro výrobu komponentů pneumatiky, zde běhounů. Z pohledu vlivu gumárenské směsi na šíření trhlin, lze zvýšení odolnosti pneumatiky proti vniknutí cizího tělesa (stěrku, tvrdého stvolu, ostrých úlomků, hrany obrubníků – viz. názorné příklady níže) docílit přídavkem aktivních plniv, ke kterým patří zejména saze a oxid křemičitý. Stupeň zvýšení mechanické odolnosti proti šíření vzniklé trhliny je pak závislý na výskytu vzájemných vazeb mezi prvky polymer-plnivo a plnivo-plnivo. Vliv těchto vzájemných vazeb k odolnosti vůči vniknutí cizího tělesa či šíření trhliny v pryži je možné stanovit pouze speciálními metodami a to pouze na pryžových zkušebních vzorcích, neboť pro výzkum na reálné pneumatice, kterou tvoří komplikovaná komplexní 3D struktura neexistuje v současné době měřící metoda.

Cílem projektu je vývoj měřící metody a přístroje pro charakterizaci lomového chování pryže při vnikání cizího tělesa do pryžového zkušebního vzorku při reálném cyklickém dynamickém zatěžování.

Pryžová moučka je jednou z frakcí při výrobě pryžového granulátu z technické pryže zejména z ojetých a poškozených pneumatik. Tato velmi jemná frakce s vysokým specifickým povrchem je při procesu výroby granulátu samovolně mechanicky aktivována a získává zvýšenou schopnost revulkanizace, tj. opakovanou možnost vulkanizace a tím opětovné produkce pryžových výrobků.

Kombinace nové gumárenské směsi s přídavkem pryžové moučky vytváří zcela ojedinělý produkt, který dosahuje shodných či dokonce zvýšených mechanických vlastnosti. Přičemž náklady na výrobu pryžového výrobku modifikovaného pryžovou moučkou se výrazně snižují a to díky nižší ceně pryžové moučky oproti nové gumárenské směsi. Následující schéma znázorňuje princip modifikace pryže pryžovou moučkou.

V grafu (viz. níže) jsou znázorněny výsledky experimentálně zjištěných kvazi-statických mechanických vlastností pryže modifikované pryžovou moučkou. Závislost je vyjádřena podílem pryžové moučky [%] obsažené v nové gumárenské směsi. Z výsledku je patrné, že pevnost v tahu až do podílu 30% pryžové moučky je vyšší než u nemodifikovaného materiálu, přičemž tažnost se zvýšila u všech modifikovaných materiálů. Z naměřených dat je dále patrné, že tažnost u materiálu vyrobeného revulkanizací pouze 100% podílu pryžové moučky je shodná s nemodifikovaným materiálem.

Projekt si klade za cíl zvýšení odolnosti modifikovaného pryžového materiálu pryžovou moučkou vůči únavě a šíření trhlin při reálném dynamickém zatěžování.