Experimental Investigation on Fatigue Life of Cord-Rubber Composites

Abstract

Air springs are used in automobile suspensions and perform under highly dynamic loading conditions. An essential component of an air spring mechanism is the rubber tube. The rubber tube produced from layered cord rubber composites. It was constructed as two-layer cord fabric reinforced rubber composites. The matrix crack, debonding and failure of the cord are the most observed damage modes of cord-rubber composites. The presented study investigated fatigue life behavior and damage mechanisms of the PA 6.6 Cord fabric/Natural rubber composites. Curing conditions of rubber such as pressure (7.5,12.5, 15 MPa), temperature (140,160 and 180 °C) and time (5,8 and 10 min) were taken as research parameters. Moreover, two type of PA 6.6 cord fiber and three different fiber orientation angle (40,42 and 45°) were studied as material parameters. All experiments performed by using De-Mattia cyclic fatigue test equipment under 5 Hz frequency. The experimental study designed by Taguchi method using L18 orthogonal series. The results show that 12.5 to 15 MPa curing pressure, 8-10 min curing time and 160 °C are optimum values for cord rubber layered composites to obtain high fatigue life. The fiber type of the cord fabric and fiber orientation angle between 40 to 45° does not affect the fatigue life of the cord-rubber composites. The post-mortem analysis performed to clarify damage mechanisms.

Keywords

• Cord rubber composites,fatigue,natural rubber,damage

Experimental Investigation on Fatigue Life of Cord-Rubber Composites

Öz

Hava körükler, araçlarda yüksek dinamik yükler altında çalışan süspansiyon sistemlerinde kullanılmaktadır. Bir hava körüğünün temel elemanlarından biri ise kauçuk esaslı olan gövdedir. Bu gövde kord bezi takviyeli kauçuk kompozitlerin kullanıldığı katmanlı bir yapıdır. İki katman kauçuk/kord kompozit plaka ve üst ve alt kısmındaki kauçuk kaplamadan oluşmaktadır. Kauçuk/kord kompozit yapılarda matris çatlağı, kord bezini oluşturan elyaf ile matris arasındaki ayrışma ve elyaf kopması en çok gözlemlenen hasar türleri arasındadır. Sunulan bu çalışmada PA 6.6 elyaflardan dokunmuş kord kumaş ile takviye edilmiş Tabii kauçuk kompozitlerin yorulma ömrü ve hasar mekanizmaları araştırılmıştır. Vulkanizasyon parametreleri olan basınç (7.5, 12.5, 15 MPa), sıcaklık (140, 160 ve 180 ^oC), ve zaman (5, 8 ve 10 dk) araştırma değişkenleri olarak belirlenmiştir. Bu parametrelere ilave olarak, iki tip PA 6.6 kord elyafı ve üç tip elyaf yerleşim açıları (40, 42 ve 45^o ) ise malzeme parametreleri olarak incelenmiştir. Bütün deneyler De Mattia yorulma cihazı ile 5 Hz frekansta gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışma Taguchi Deneysel Tasarım metodunun L18 serileri ile tasarlanmıştır. Sonuçlar göstermiştir ki, 12.5-15 MPa vulkanizasyon basıncı, 8-10 dk vulkanizasyon süresi, 160 ^oC vulkanizasyon sıcaklığı en yüksek yorulma ömrüne ulaştıran optimum değerlerdir. Kord elyafın seçilen tipleri ve 40-45^o arasındaki yerleşim farklılıklarının üretilen kauçuk kompozitin yorulma ömrüne bir tesiri olmadığı görülmüştür. Hasara uğramış numuneler üzerinde ise incelemeler yapılmış ve hasar mekanizmaları açıklanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Kauçuk/Kord Kompozitler,Yorulma,Tabii kauçuk,Hasar

References

1. Zhang X., Zhao G. 2015. Overview of Experimental Studies on Strength Problem of Rubber Material. 5th International Conference on Advanced Engineering Materials and Technology (AEMT 2015), 22-23 August, Guangzhou-China.
2. Jamshidi M., Afshar F., Shamayeli B. 2006. Evaluation of Cord/Rubber Adhesion by a New Fatigue Test Method. Journal of Applied Polymer Science 101, 2488–2494
3. Li X., Wei Y., Feng Q. and Luo R.K. 2017. Mechanical Behavior of Nylon 66 Tire Cord under Monotonic and Cyclic Extension: Experiments and Constitutive Modeling. Fibers and Polymers 18, 542-548.
4. Valantin C., Lacroix F., Deffarges M.P., Morcel J., Hocine N.A. 2015. Interfacial Damage on Fatigue-Loaded Textile–Rubber Composites. Journal of Applied Polymer Science. 132(4), 41346.
5. Ozsoy N., Ozsoy M., Mimaroglu A. 2016. Mechanical Properties of Chopped Carbon Fiber Reinforced Epoxy Composites, Acta Physica Polonica A 130, 297-299.
6. Eksi S. and Genel K. 2017. Comparison of Mechanical Properties of Unidirectional and Woven Carbon, Glass and Aramid Fiber Reinforced Epoxy Composites, Acta Physica Polonica A 132, 879-882.
7. Ozsoy N., Ozsoy M. and Mimaroglu A. Taguchi Approach to Tribological Behaviour of Chopped Carbon Fiber-Reinforced Epoxy Composite Materials. Acta Physica Polonica A 132, 846-848.