مقدمة
تُستخدم المواد المرنة في جميع المجالات التقنية تقريبًا نظرًا لمرونتها العالية. ومن الخصائص الأساسية للمواد المطاطية المرنة القدرة على تخزين طاقة التشوه وإطلاقها مرة أخرى إلى النظام بأكمله، عند الضرورة. ويتكون أحد مقاييس هذه الخاصية من قوى الاستعادة الجوهرية للمادة، والتي يمكن توليدها - حسب النظام - من الطاقة المخزنة ويمكن أن تصل بسهولة إلى 90% أو أكثر من الطاقة المخزنة. ومع ذلك، تقتصر هذه الخاصية "القيّمة" على نطاق ضيق من درجات الحرارة التي تحدد درجات حرارة التشغيل والعمل للتطبيق المعني. ولهذا السبب، فإن سلوك درجة حرارة المواد المطاطية المرنة له أهمية مركزية.
يتم استخدام ما يسمى بعمليات مسح درجة الحرارة لتسجيل السلوك الحراري للمواد المطاطية المرنة، والتي يمكن تحديدها بشكل عام بمعدلات تسخين مختلفة. على سبيل المثال، يُفضل معدل تسخين مرتفع يبلغ 5 درجات مئوية/دقيقة على معدل تسخين يبلغ 1 درجة مئوية/دقيقة حيث يتم الحصول على نتيجة في وقت أقصر وبالتالي يكون الاختبار أسرع وأكثر فعالية من حيث التكلفة. ومع ذلك، يبرز سؤال حول كيفية تقييم النتائج لمعدلات التسخين المختلفة.
تتناول هذه المذكرة التطبيقية هذا السؤال وتفحص اعتماد معدل التسخين لسلسلة DMA GABO Eplexor®.
شروط القياس
أُجريت أربع عمليات مسح لدرجات الحرارة على عينات من نفس المركب المطاطي من -80 درجة مئوية إلى 20 درجة مئوية بمعدلات تسخين 1 و2 و3 و5 درجات مئوية/الدقيقة باستخدام جهاز DMA GABO Eplexor® 500 N (الشكل 1).
مقدمة
تكون درجة حرارة التشغيل المنخفضة للمواد المطاطية المرنة محدودة بدرجة حرارة التحول الزجاجي، Tg. تميز Tg درجة الحرارة التي تتغير عندها المواد المرنة من الحالة الصلبة والهشة نسبيًا إلى الحالة المرنة الشبيهة بالمطاط. في الممارسة العملية، يتم تعريف Tg على أنه الحد الأقصى لعامل الفقد tanδ. ويوضح الشكل 1 اعتماد معدل التسخين لمعدل التسخين ل Tg.
يوضح الشكل 2 أن Tg ينتقل إلى درجات حرارة أعلى مع ارتفاع معدلات التسخين. بالنسبة لمسح درجة الحرارة، تصل درجة حرارة Tg إلى -42.3 درجة مئوية عند معدل تسخين 1 درجة مئوية/دقيقة وإلى -41.4 درجة مئوية عند معدل تسخين 5 درجات مئوية/دقيقة. وهذا يتوافق مع تغير موضعي في درجة حرارة Tg يبلغ 1 درجة مئوية تقريبًا. تغير الحد الأقصى لعامل الفقد، tanδ، بمقدار 0.01 على الأكثر. يمكن توضيح هذه الملاحظة من خلال ضعف التوصيل الحراري لمعظم المواد البلاستيكية. ويتسبب ذلك في حدوث تحول في تأثيرات الانتقال الخاصة بالمادة، مثل الحد الأقصى للاسترخاء أو درجات حرارة الانتقال الزجاجي، إلى درجات حرارة أعلى (في حالة معدلات التسخين الموجبة) أو إلى درجات حرارة أقل (في حالة معدلات التبريد السالبة). يؤدي ارتفاع معدل التسخين إلى "تأثيرات السحب" وتأخر العينة عن درجة حرارة الفرن. وبالتالي فإن معدل التسخين بمقدار 1 درجة مئوية/دقيقة سيعكس التأثيرات الخاصة بالعينة بشكل صحيح، في حين أن معدل التسخين المرتفع سيؤدي إلى إزاحة هذه التأثيرات على مقياس درجة الحرارة.
الملخص
هذه التحولات الضئيلة في موضع Tgوالحد الأقصى لعامل الفقد، tanδ، نتيجة لمعدلات التسخين المختلفة ترجع إلى توزيع جيد جدًا لدرجة الحرارة داخل سلسلة DMA GABO Eplexor®، والذي تحقق باستخدام مروحة في غرفة القياس. وتتمثل النتيجة المباشرة لهذه النتائج في تقليل وقت القياس اللازم لمسح درجة الحرارة عن طريق استخدام معدلات تسخين أعلى، على سبيل المثال، 5 درجات مئوية/دقيقة بدلاً من درجة مئوية واحدة/دقيقة على سبيل المثال. الشرط الأساسي لذلك هو معرفة اعتماد معدل التسخين على معدل التسخين لدرجات حرارة المواد المختبرة.