مقدمة
توفر اختبارات التراكم الحراري الديناميكي فهماً أفضل للخصائص الحرارية للمطاط الصناعي. يتم إجراء هذه الاختبارات من خلال تطبيق حمل ثابت، وتردد 30 هرتز وسعات تشوه تبلغ عدة مم (وفقًا لـ DIN 53 533 و ASTM D623-99). تؤدي ظروف الاختبار هذه إلى احتكاك داخلي، والذي بدوره يؤدي إلى تبديد الطاقة وبالتالي زيادة في درجة حرارة العينة. بالإضافة إلى ذلك، تخضع العينة للتشوه (مجموعة حرارية). تعتبر اختبارات التراكم الحراري ذات صلة بالإطارات/المطاط التي تتعرض لإجهاد انضغاطي عالٍ أثناء الخدمة. الجهاز المؤهل لإجراء مثل هذه التجارب هو جهاز GABOMETER®، والذي يمثل نظام Eplexor® المعدل. وهو يعمل كمقياس مرونة أكثر شمولية لأنه يوفر جميع ميزات مقياس جودريتش فليكسوميتر الكلاسيكي ويكتسب بالإضافة إلى ذلك بيانات المواد الميكانيكية مثل معامل E والتخميد (tanδ).
أ) إمكانية تكرار نتائج القياس
ونظرًا لأنه يجب التمييز بين الاختلافات المحتملة في تكوين المادة بين دفعات العينات المختلفة بين دفعات العينات المختلفة، فإن التكرار العالي في نتائج اختبار مقياس المرونة أمر ضروري. يوضح الشكل 1 اختبار التكرار لأنظمة GABOMETER® على عينتين من نفس الدفعة.
هنا، تم اختبار عينتين للاختبار (نفس الدفعة - عينات أسطوانية لحمل الضغط) بشكل مستقل، ولكن تحت ظروف حمل متطابقة. ينتج عن تراكم الحرارة درجات حرارة مختلفة؛ على سبيل المثال، في المركز مقابل السطح. لقياس درجة الحرارة في مركز العينة، يتم استخدام مزدوج حراري على شكل إبرة، كما هو موضح في الشكل 3.
يتم إجراء قياس درجة حرارة السطح على السطح العلوي للعينة عن طريق مزدوجة حرارية مدمجة في حامل التراكم الحراري العلوي المعزول حراريًا. يُظهر قياس tanδ (التخميد المادي) أيضًا قابلية ممتازة للتكرار.
ب) فوائد استخدام جهاز استشعار درجة الحرارة الإضافي (إبرة المزدوجة الحرارية)
واليوم، يتم إجراء اختبارات التراكم الحراري عادةً باستخدام أجهزة جودريتش المرنة. ومع ذلك، تعاني أجهزة قياس المرونة التقليدية من مشاكل في الدقة وقابلية التكرار. يتضمن التصميم المعياري لتصميم Eplexor® تكوينات لإجراء اختبارات التراكم الحراري. ويُعد GABOMETER® أحد أكثر الحلول الاقتصادية المخصصة لاختبارات HBU-Tests هذه. تضيف المزدوجات الحرارية الإضافية على شكل إبرة لقياس درجة الحرارة في مركز العينة معلومات مادية للتجربة كانت ستظل مخفية لولا ذلك.
قياس درجة حرارة السطح مطلوب من قبل ASTM D623، ولكن هذا وحده لا يسمح دائمًا بالتمييز بين عينتين من حيث ارتفاع درجة الحرارة كدالة للزمن (انظر الشكل 2 - درجة الحرارة عند السطح). إن جهاز استشعار درجة الحرارة الإضافي من نوع الإبرة هو الذي يكشف درجة الحرارة في قلب العينة بشكل أكثر دقة. درجة الحرارة في المركز هي الأقل تأثرًا بفقدان الطاقة عبر الأسطح الخارجية. ولذلك فهو أيضًا أكثر حساسية للكشف عن الاختلافات في درجة الحرارة الناجمة عن تأثير تراكم الحرارة. وتؤدي الاختلافات في تبديد الطاقة بين العينتين A وB إلى اختلافات في درجات الحرارة التي تكون أكثر وضوحًا في المركز. إن قياس درجة حرارة اللب هو الذي يسمح بالتمييز بين المركبين A وB كما هو موضح في المثال (الشكل 2).
ولكن ما سبب هذا الاختلاف؟
المركبان الأساسيان للعينتين A وB متطابقان، لكنهما يختلفان من حيث نوع أسود الكربون الذي يحتويان عليه. فأسود الكربون في العينة (أ) له موصلية حرارية أعلى ويتسبب في فقدان حرارة أعلى للسطح. ونتيجة لذلك، تنخفض درجة الحرارة الأساسية في العينة (أ) أكثر من العينة (ب) ذات الموصلية الحرارية المنخفضة.
C) فوائد تسجيل tanδ
يصور الشكل 4 مثالاً آخر لاختبار تراكم الحرارة. في هذا الاختبار، تمت مقارنة المركبين المختلفين للغاية A وC. تُظهر العينة A تراكمًا حراريًا أعلى بنحو 20 درجة مئوية من درجة الحرارة المقابلة للعينة C.
وبالتالي، فإن خصائص التخميد (tanδ) للبوليمرات مختلفة تمامًا أيضًا. يكشف المركب C عن تخميد ميكانيكي أقل بكثير من المركب A. يمكن للمادة C أن تتبع التشوهات الديناميكية بشكل أفضل من المادة A بسبب انخفاض خسائر التخميد الميكانيكي (tanδ).
الخاتمة
يمكن الاستعاضة عن نظامي Eplexor® 2000 N أو 4000 N، بالإضافة إلى نظامي GABOMETER® 2000 N و4000 N المرنين، بمقياس المرونة العالميين، عن نظام Goodrich Flexometer الكلاسيكي في الاختبارات وتوليد مزايا إضافية للمستخدم. تعمل المزدوجة الحرارية الاختيارية ذات الإبرة لقياسات درجة الحرارة الأساسية على تحسين حساسية النظام بشكل كبير لاكتشاف تأثير تراكم الحرارة وهي قادرة على توفير صورة محسنة لخصائص المواد. يمكن التفريق بين المواد التي لا يمكن تمييزها عن بعضها البعض من حيث تأثير التراكم الحراري باستخدام الإبرة بشكل موثوق.
وعلى النقيض من ذلك، يتم الحصول على معلومات أقل بكثير عند استخدام درجة حرارة السطح فقط وفقًا لمعيار ASTM D623.
وبفضل تصميمها المعياري، يمكن ترقية أنظمة GABOMETER® من أجل تمكينها من تحديد خصائص المواد اللزجة المرنة أو الحصول على وظيفة DMTA الكاملة. يمكن إجراء هذه التعديلات التحديثية في أي وقت بعد التركيب، حسب الحاجة.