RPA:n dynaamisten tulosten korrelaatio moduuliin ja kovuuteen

Abstract

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli selvittää, löytyikö Nokian renkailla kumisekoitusten testauksessa käytettävien rotaatioreometri RPA 2000 dynaamisten tulosten ja kovuuden sekä moduulin välille riippuvuus. Ja näin ollen, voitaisiinko RPA:ta hyödyntää kumisekoitusten laadunvalvonnassa, ja mahdollisesti jopa korvata sillä kovuus- sekä moduulimittaukset. Opinnäytetyön teoriaosiossa on esitelty yleisesti kumit ja niiden lisäaineet sekä työssä käytetyt mittaukset ja laitteet.

Korrelaation löytämiseksi, työ aloitettiin mittaamalla kumisekoituksia, joihin oli tehty niin sanottuja ”tahallisia virheitä”. Testeistä saatujen mittaustulosten avulla pyrittiin määrittämään sopivat mittausparametrit, joilla vahvin riippuvuus löytyisi. Mittauksissa käytettiin RPA:n värähtelykulman muutostestiä. Kovuuden ja RPA- tulosten välille riippuvuus löydettiin jo ensimmäisillä testeillä. Moduulin ja RPA:n välinen korrelaatio saavutettiin lisätestien avulla, sekä muuttaen mittauksissa käytettyjä lämpötiloja ja taajuuksia.

RPA-, kovuus- sekä moduulimittauksille suoritettiin toistettavuustestit, joilla selvitettiin mittausten luotettavuus. RPA- mittaus osoittautui kaikkein luotettavimmaksi. Pienimmän hajonnan tuloksiin RPA antoi matalilla värähtelykulmilla (Set Strain) ja korkeammilla kulmilla variaatiokertoimen mukaan toistettavuus oli parempi. Moduuli- ja kovuusmittaukset olivat toistettavuudeltaan RPA:ta epäluotettavampia.

Tuotantosekoituksista valittiin ominaisuuksiltaan toisistaan poikkeavia sekoituksia. Sekoituksille tehtiin ensin kovuus-, moduuli- ja RPA- mittaukset, joiden tuloksille haettiin riippuvuutta. Korrelaatiokertoimet sekoituksille olivat huonoja. Tämä johtui sekoitusten tasalaatuisuudesta sekä kesken testausten vaihtuneen vetokoneen antamien moduulitulosten poikkeavuudesta. Tämän vuoksi päädyttiin tarkastelemaan tuloksia kokeellisten rajojen avulla, mikä osoittautui hyvin kuvaavaksi menetelmäksi. Parhaiksi RPA- parametreiksi kovuudelle valikoitui Set Strain 0,98 %, S*, Sweep 2 ja moduulille Set Strain 19,95 %, S’, Sweep 2.

Testausten perusteella voidaan todeta RPA:n dynaamisten tulosten korreloivan moduuli- sekä kovuustuloksiin. Ei ole pois suljettua, etteikö RPA:ta voitaisi käyttää hyödyksi sekoitusten laadunvalvonnassa kovuuden sekä moduulimittauksen tukena. Tulevaisuudessa ehkä jopa niiden sijaan. Tämä kuitenkin edellyttää lisätestejä sekoituksille

The purpose of this thesis was to clarify if it would be possible to get correlation between RPA 2000 dynamic results and traditional rubber tests, modulus and hardness results. And would it hence be possible to use the RPA for quality control and maybe also replace traditional tests with RPA tests. In the theory section of the thesis, rubbers in general and compounding ingredients and also the equipment and measurements which were used for the experimental section will be presented.

The experiments started by measuring rubber compounds, on which so-called intentional errors had been made. Using the results of those measurements the goal was to determine the measurement parameters that would give the best correlation. RPA’s Strain Sweep test was used in these measurements. Already in the first tests dependence between RPA results and hardness was found. With additional tests and some changes in temperature and frequency, correlation was also found between RPA and modulus.

In order to determine the reliability of these test methods, reproducibility tests had to be done. It became clear that RPA test was the most reliable. The smallest dispersion in results came with the low strains. With the coefficient of variation dispersion was better with higher strains. The traditional tests modulus and hardness tests were less reliable than the RPA test.

The production compounds, with differing features, were chosen. To those compounds hardness, modulus and RPA tests were made, after which correlation between those test results was sought. Correlation coefficient to those compounds were weak because of the consistent quality of compounds and the fact that during the tests, tension tester equipment changed, which caused the results of modulus to differ from each other. For this reason, experimental limits were set for the results, which proved to be a well describing method. The best RPA’s parameters to hardness were Set Strain 0,98 %, S* and Sweep 2, and to modulus Set Strain 19,95 %, S’ and Sweep 2.

Based on these of test results, it can be found that there is correlation between RPA and modulus and hardness. It is possible that in the future, RPA can be used in quality control and perhaps even instead of modulus and hardness. However, this requires more tests to the compounds, as well as the verification of RPA’s parameters and experimental limits.