دراسة تاثير أكسيد الزنك النانوي والتعتيق الحراري على قوة الالتصاق بين المطاط المتراكب وأسلاك الفولاذ

رسالة ماجستير

اسم الباحث : سجى قاسم محمد

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : الهندسة الميكانيكية - ميكانيك تطبيقي

سنة نشر البحث : 2017

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

    ان التصاق المطاط المتراكب إلى سلك الفولاذ يعتبر ذات أهمية قصوى في الصناعات المطاطية. لذلك فان الدراسة الحالية تهدف إلى دراسة تأثير أكسيد الزنك النانوي والتأثير الحراري على قوة الالتصاق بين المطاط والاسلاك في الاطارات. وتشمل هذه الدراسة محورين مهمين: دراسة عمليه وعددية.

نتيجة لارتفاع درجة الحرارة اثناء عمل ودوران الإطارات، فإن الطاقة الناتجة من الالتصاق ستختلف إذا ما قورنت مع حالتها الأولية. ومن اجل دراسة الالتصاق بين المطاط والسلك في درجات الحرارة المرتفعة، تم استخدام طريقة اختبار السحب T. في هذا البحث عينات الالتصاق T تحسب عند درجات حراره بقيم مختلفة وهي 25، 50، 75، 100 درجة مئوية. كما تم في هذا البحث دراسة خصائهن الشد والصلادة لمساعدة المصمم في تصميم اطارات أفضل وأقوى.

تم تحضير احدى عشر عجنة مختلفة من المتراكبات المطاطية باستخدام مدلفنة مزدوجة ومكابس مختبرية لدراسة تأثير المكونات الشائعة على الالتصاق بين المطاط والاسلاك في الاطارات. احدى هذه العجنات تحتوي على أكسيد الزنك الاعتيادي كمنشط بتركيز 8 pphr (جزء من مائة من وزن المطاط). ثمان عجنات تحتوي على أكسيد الزنك الئاتوي بتركيز( 0.2 ,0.6 ,1 ,1.4 ,1.8 ,2.2 ,2.75 ,4 pphr). بينما العجنتان المتبقيتان تحتويان على أكسيد الزنك النانوي بتركيز 2.2 pphr، احداهما تحتوي على 2pphr ستيارات الكوبلت بدلا من 1pphr والأخرى تحتوي على 65 pphr من اسود الكاربون بدلا من 50 pphr.

الدراسة العددية تم اجراءها باستخدام طريقة العناصر المحددة والتي تم تنفيذها من خلال البرنامج الحسابي المعروف باسم ANSYS الاصدار 16.1 وذلك لحساب قوة السحب المطلوبة لسحب سلك الفولاذ من كتلة المطاط ولجميع أنواع المتراكبات. نتائج الدراسة العددية تمت مقارنتها مع النتائج العملية.

وقد أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها من الدراسة العملية أن زيادة درجة الحرارة تؤدي إلى تقليل الالتصاق بين المطاط والسلك في الإطارات. كذلك اظهرت النتائج ان استبدال أكسيد الزنك الاعتيادي بأكسيد الزنك النانوي يؤدي إلى تحسين قوة الالتصاق بنسبة 21% وتقليل كمية أكسيد الزنك بنسبة 772.5 وقوة الشد بنسبة %45.11. كما أنه يؤدي إلى خفض تكلفة المتراكبات لأن سعر أكسيد الزنك النانوي يساوي تقريبا سعر أكسيد الزنك الاعتيادي.

بالإضافة الى ما تقدم ذكره فقد اظهرت النتائج العددية أن قوة السحب تزداد بنسبة %22.8. عند مقارنتها مع النتائج العملية، حيث وجد أن نسبة الخطأ هي %9.7.

A Study of Nano Zinc Oxide and Thermal Aging on Adhesion Force Between Rubber Composite and Steel Wire Cord

    Adhesion of rubber compound to steel cord is of extreme importance to the rubber industry. The present study aims to study of nano-zinc oxide and thermal effect on the adhesion force of rubber-tire cord interface. This study includes experimental and numerical parts.
Due to a temperature increase through running tires, the energy of adhesion will differ as compared with the initial state. To study rubber-cord interface at raised temperatures, the T-pull test method is used. In this research, T-adhesion of samples is evaluated at different temperature values 25, 50, 75, and 100 °C. Also, tensile properties and hardness are studied to help the designer to make better and stronger tires.
Eleven different rubber compounds were prepared by a two-roll mill and laboratory presses to study the effects of common ingredients on the rubber-tire cord interface. One compound has conventional zinc oxide as an activator with 8pphr (part per hundred rubber) concentration. Eight compounds have nano-zinc oxide with 0.2, 0.6, 1, 1.4, 1.8, 2.2, 2.75, 4 pphr. The other two compounds have nano-zinc oxide with 2.2pphr, one has cobalt stearate with 2pphr instead of 1pphr and the other has carbon black with 65pphr instead of 50 pphr.
The numerical part is implemented using the finite element method (FEM) operating on ANSYS APDL. Vr 16.1 to estimate the pull-out-force which is needed to pull out the cord of steel from the mass of rubber for all types of compounds. The numerical simulation results are compared with those of experiment.
The results obtained from the experimental work show that the increased temperature leads to decrease the adhesion in the rubber-tire cord interface. The replacement of conventional zinc oxide by nano-zinc oxide leads to improve the adhesion force by 21%, reduce the amount of zinc oxide by 72.5% and the tensile strength by 45.11%. It also leads to reducing the cost of the compounds because the price of nano-zinc oxide is approximately equal to the price of conventional zinc oxide.
The numerical results show that the pull-out force is increased by 22.8%. When compared with the experimental result, the error percentage is found to be 9.7%.