Diplomová práce se zabývá návrhem konstrukce zařízení, které by mělo umožnit provádět ozonové zkoušky v dynamickém režimu a rozšířit tak stávající možnosti ozonové komory, která je provozována na Centru polymerních systémů na Univerzitě Tomáše Bati ve Zlíně. Všechny komerčně dostupné zařízení pro ozonovou zkoušku se v této oblasti limitují na normou stanovenou hodnotu 0,5 Hz. Hlavním požadavkem na navrhované zařízení bylo dosáhnout vyšší frekvence zatěžování vzorků, než udává norma pro ozonovou zkoušku, a to z důvodu zatížení vzorků v praxi. Teoretická část práce se věnuje podstatě ozonové zkoušky, jejímu průběhu, mechanismu působení ozonu, komerčně dostupným zařízením, jednoúčelovým strojům a mechanismům zdvihů, které se nejčastěji používají, popisu základních stavebních prvků, ze kterých se typicky jednoúčelové stroje skládají, pohonům těchto zařízení, gumárenským směsím a běžným zkouškám mechanických a zpracovatelských vlastností pryží. V rámci praktické části pak byly připraveny gumárenské směsi, které svojí recepturou odpovídají nejčastěji testovaným materiálům v ozonové komoře. Z těchto směsí byly vyrobeny vzorky pro charakterizaci mechanických vlastností, a to především vzorky pro ověření chování těchto vzorků při dynamickém zatěžování. Podle dat zjištěných z realizovaných zkoušek byl sestaven matematický model pro popis zvoleného mechanismu. Na základě analytických pevnostních výpočtů bylo navrženo zařízení, které by mělo umožnit současné zkoušení až 10 vzorků o délce mezi 50-100 mm s protažením až o 20 mm, a to při frekvenci až 1,5 Hz.
Annotation in English
The diploma thesis deals with the design of a device that should enable ozone tests to be performed in dynamic mode, and thus extend the existing capabilities of the ozone chamber, which is operated at the Centre of Polymer Systems at the Tomas Bata University in Zlín. All commercially available ozone test cabinets in this area are limited to the standard value of 0.5 Hz. The main requirement for the proposed device was to achieve a higher sample loading frequency than the standard for the ozone test, due to the loading of samples in practice. The theoretical part of the thesis is devoted to the essence of the ozone test, its course, the mechanism of ozone action, commercially available devices, single-purpose machines and lifting mechanisms that are most often used, a description of the basic construction elements that typically consist of single-purpose machines, the drives of these devices, rubber compounds and common tests of mechanical and processing properties of rubber. In the practical part, rubber compounds were prepared, the recipe of which corresponds to the most frequently tested materials in the ozone chamber. From these mixtures, samples were made for the characterization of mechanical properties, especially samples for verifying the behaviour of these samples under dynamic loading. According to the data obtained from the performed tests, a mathematical model was compiled to describe the chosen mechanism. On the basis of analytical strength calculations, a device was designed that should enable the simultaneous testing of up to 10 samples between 50-100 mm in length with a deformation of up to 20 mm, at a frequency of up to 1.5 Hz
Diplomová práce se zabývá návrhem konstrukce zařízení, které by mělo umožnit provádět ozonové zkoušky v dynamickém režimu a rozšířit tak stávající možnosti ozonové komory, která je provozována na Centru polymerních systémů na Univerzitě Tomáše Bati ve Zlíně. Všechny komerčně dostupné zařízení pro ozonovou zkoušku se v této oblasti limitují na normou stanovenou hodnotu 0,5 Hz. Hlavním požadavkem na navrhované zařízení bylo dosáhnout vyšší frekvence zatěžování vzorků, než udává norma pro ozonovou zkoušku, a to z důvodu zatížení vzorků v praxi. Teoretická část práce se věnuje podstatě ozonové zkoušky, jejímu průběhu, mechanismu působení ozonu, komerčně dostupným zařízením, jednoúčelovým strojům a mechanismům zdvihů, které se nejčastěji používají, popisu základních stavebních prvků, ze kterých se typicky jednoúčelové stroje skládají, pohonům těchto zařízení, gumárenským směsím a běžným zkouškám mechanických a zpracovatelských vlastností pryží. V rámci praktické části pak byly připraveny gumárenské směsi, které svojí recepturou odpovídají nejčastěji testovaným materiálům v ozonové komoře. Z těchto směsí byly vyrobeny vzorky pro charakterizaci mechanických vlastností, a to především vzorky pro ověření chování těchto vzorků při dynamickém zatěžování. Podle dat zjištěných z realizovaných zkoušek byl sestaven matematický model pro popis zvoleného mechanismu. Na základě analytických pevnostních výpočtů bylo navrženo zařízení, které by mělo umožnit současné zkoušení až 10 vzorků o délce mezi 50-100 mm s protažením až o 20 mm, a to při frekvenci až 1,5 Hz.
Annotation in English
The diploma thesis deals with the design of a device that should enable ozone tests to be performed in dynamic mode, and thus extend the existing capabilities of the ozone chamber, which is operated at the Centre of Polymer Systems at the Tomas Bata University in Zlín. All commercially available ozone test cabinets in this area are limited to the standard value of 0.5 Hz. The main requirement for the proposed device was to achieve a higher sample loading frequency than the standard for the ozone test, due to the loading of samples in practice. The theoretical part of the thesis is devoted to the essence of the ozone test, its course, the mechanism of ozone action, commercially available devices, single-purpose machines and lifting mechanisms that are most often used, a description of the basic construction elements that typically consist of single-purpose machines, the drives of these devices, rubber compounds and common tests of mechanical and processing properties of rubber. In the practical part, rubber compounds were prepared, the recipe of which corresponds to the most frequently tested materials in the ozone chamber. From these mixtures, samples were made for the characterization of mechanical properties, especially samples for verifying the behaviour of these samples under dynamic loading. According to the data obtained from the performed tests, a mathematical model was compiled to describe the chosen mechanism. On the basis of analytical strength calculations, a device was designed that should enable the simultaneous testing of up to 10 samples between 50-100 mm in length with a deformation of up to 20 mm, at a frequency of up to 1.5 Hz
1. Provedení rešerše k zjištění stavu vědy a techniky ozonového stárnutí pryže při cyklickém zatěžování tak jako aktuální technické řešení realizace těchto analýz
2. Příprava gumárenských směsí
3. Výroba pryžových zkušebních těles
4. Provedení experimentálních analýz pro stanovení základních mechanických vlastností pryže
5. Návrh principiálního konceptu měření vycházejícího z aktuální konstrukce ozonové komory tak jako mechanických vlastností pryže
6. Návrh 3D modelu měřící cely
7. Provedení pevnostních výpočtu daného návrhu konstrukce
8. Tvorba výrobní dokumentace
9. Vypracování textové části diplomové práce
Research Plan
Postup práce:
1. Provedení rešerše k zjištění stavu vědy a techniky ozonového stárnutí pryže při cyklickém zatěžování tak jako aktuální technické řešení realizace těchto analýz
2. Příprava gumárenských směsí
3. Výroba pryžových zkušebních těles
4. Provedení experimentálních analýz pro stanovení základních mechanických vlastností pryže
5. Návrh principiálního konceptu měření vycházejícího z aktuální konstrukce ozonové komory tak jako mechanických vlastností pryže
6. Návrh 3D modelu měřící cely
7. Provedení pevnostních výpočtu daného návrhu konstrukce
8. Tvorba výrobní dokumentace
9. Vypracování textové části diplomové práce
Recommended resources
Zheng, T.T., el al. Study on the Ozone Ageing Mechanisms of Natural Rubber, Polymer Degradation and Stability, 2021, 186, 109514.
Cataldo, F. Protection Mechanism of Rubbers from Ozone Attack, Ozone-Science & Engineering, 2019, 41(4), 358-368.
Kamaruddin, S., Muhr, A.H. Investigation of Ozone Craking on Natural Rubber, Journal of Rubber Research, 2018, 21(2), 73-93.
Carli, L.N., et al. Accelerated Aging of Elastomeric Composites with Vulcanized Ground Scraps, Journal of Applied Polymer Science, 2012, 123(1), 280-285.
Nonnemacher, K. Dynamic Rubber Test by Ozone, KGK-Kautschuk Gumii Kunstoffe, 2008, 61(5), 230-232.
Recommended resources
Zheng, T.T., el al. Study on the Ozone Ageing Mechanisms of Natural Rubber, Polymer Degradation and Stability, 2021, 186, 109514.
Cataldo, F. Protection Mechanism of Rubbers from Ozone Attack, Ozone-Science & Engineering, 2019, 41(4), 358-368.
Kamaruddin, S., Muhr, A.H. Investigation of Ozone Craking on Natural Rubber, Journal of Rubber Research, 2018, 21(2), 73-93.
Carli, L.N., et al. Accelerated Aging of Elastomeric Composites with Vulcanized Ground Scraps, Journal of Applied Polymer Science, 2012, 123(1), 280-285.
Nonnemacher, K. Dynamic Rubber Test by Ozone, KGK-Kautschuk Gumii Kunstoffe, 2008, 61(5), 230-232.
