Im Rahmen dieser Arbeit werden die Reibeigenschaften von Elastomeren auf rauen Oberflächen auf Basis einer physikalisch motivierten Modellierung der Hysterese- und Adhäsionsanteile untersucht. Dabei wurde die Bedeutung der mikro- und makroskopischen Rauigkeiten der Reibflächen für den Reibkontakt und damit zusammenhängende Adhäsions- und Reibungsphänomene auf makroskopischer Längenskala aufgeklärt. Dies soll die Entwicklung neuer Materialien mit optimierten Reibeigenschaften unterstützen. Experimentell wurden die Reibwerte bei unterschiedlichen Kontaktbedingungen im Bereich kleiner Geschwindigkeiten charakterisiert. Die Untersuchungen an den Modellsystemen haben gezeigt, dass die entwickelten Modelle zur Hysterese- und Adhäsionsreibung von Elastomeren auf rauen, selbst-affinen Oberflächen eine gute Beschreibung der experimentellen Reibdaten erlauben. Die Hysteresereibung spiegelt die Reibexperimente mit Seifenwasser als Lubrikant gut wider, da hier die Adhäsion durch einen tensid-stabilisierten Wasserfilm eliminiert wird. Die Trockenreibung lässt sich gut als Summe von Hysterese- und Adhäsionsreibung beschreiben, wobei der Adhäsionsanteil aus der wahren Kontaktfläche kombiniert mit der Grenzflächenspannung resultiert. Dadurch können typische Polymer- und Füllstoffeffekte auf die Reibeigenschaften vorhergesagt und physikalisch verstanden werden. Für weitere Entwicklungen des Modells stellt das dynamische Indentationsverhalten von Elastomeren einen interessanten Weg dar.

    This work deals with the investigation and modelling of rubber stationary sliding friction on rough surfaces. Through a novel physically motivated approach of dynamic contact problems, new insights in the understanding of rubber friction are achieved. This is of high interest for materials developers and road constructors regarding the prediction of wet grip performance of tyres on road tracks. Improvements of contact mechanics are proposed within the frame of a generalized Greenwood-Williamson theory for rigid/soft frictional pairings. The self-affine character of rough surfaces leads to a multi-scale excitation of rubber during sliding process and the resulting hysteresis friction arises from material losses integrated over a range of frequencies. Beside a complete analytical formulation of contact parameters, the morphology of macrotexture is considered via the introduction of a second scaling range at large length scales, leading to a finer description of length scales that mostly contribute to hysteresis friction. On the other side, adhesion friction is related to the real area of contact and the interfacial shear strength which illustrates the kinetics of peeling effects distributed within the contact area at small length scales. This confirms well-known viscoelastic features exhibited by hysteresis and adhesion friction of elastomers on rough surfaces. The high frequency viscoelastic properties of filled elastomers are estimated by combining relaxation spectroscopy methods. As a result, a generalized master procedure is proposed for filled composites based on thermally activated processes of the bound rubber at the vicinity of filler particles above the glass transition temperature. Friction investigations carried out under defined conditions show the relevance of hysteresis and adhesion concepts on rough surfaces. In particular, the use of a tenside as lubricant allows a quantitative measurement of both components. The model leads to satisfying correlations with friction results within the range of low sliding velocities with a significant improvement through the introduction of a second scaling range. In particular, the influence of polymer and filler type can be fairly well understood. Finally, the dynamic indentation behaviour of elastomers appears to be a promising route for further improvements in the modelling of rubber sliding friction.


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    Title :

    Investigation and modelling of rubber stationary friction on rough surfaces


    Contributors:

    Publication date :

    2007


    Size :

    160 Seiten, Bilder, Tabellen, 86 Quellen


    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    English




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