09.12.2025 by Sascha Riegler
Как динамичният механичен анализ с висока сила помага да се разбере реалното поведение на материалите
Каучуковите компоненти, използвани в космическата индустрия, минното дело, отбраната и моторните спортове, са подложени на екстремни механични натоварвания в реална експлоатация - далеч отвъд това, което стандартните тестове могат да възпроизведат. High-Force DMA дава възможност за измерване и симулиране на тези натоварвания, разкривайки критични поведения като натрупване на топлина, умора и ефектите на Пейн и Мълинс. Благодарение на усъвършенстваната технология за изпитване производителите могат по-добре да прогнозират експлоатационните характеристики, да предотвратяват повреди и да проектират по-безопасни и по-дълготрайни каучукови материали.
Поведение на каучука при голямо натоварване
Независимо дали става въпрос за гуми за самолети, транспортни ленти за миннодобивни предприятия, подложки за военни писти или състезателни гуми за Формула 1 - гумата често е изложена на екстремни механични натоварвания. Но как се държи този сложен материал в реални условия? И как производителите могат надеждно да тестват и симулират тези натоварвания? Именно тук динамичният механичен анализ (DMA) с висока сила от NETZSCH става от съществено значение.
Защо високоскоростен DMA?
DMA е метод за безразрушително изпитване, използван за анализ на динамичното механично поведение на вискоеластични твърди тела. Въпреки че конвенционалните DMA са подходящи за small проби и линейно вискоеластично изпитване, те достигат своите граници, когато материалите са изложени на големи сили, високи честоти или large деформации - всички те са често срещани в реалните приложения.
NETZSCH предлага DMA инструменти с висока сила, като например DMA 503 Eplexor® и DMA 523 Eplexor®, които могат да прилагат статични сили до 6000 N и динамични сили до 4000 N. Тези системи дават възможност да се тестват large образци и да се симулират реалистични условия на натоварване - от тежкотоварни гуми до вибрационни амортисьори.
Открийте продуктовата гама NETZSCH High-Force DMA
Натрупване на топлина и издуване - натиск върху еластомерите до краен предел
Едно от основните предизвикателства при изпитването на гума е натрупването на топлина при циклично натоварване. Еластомерите имат слаба топлопроводимост. Когато са подложени на високо динамично натоварване, се генерира повече топлина, отколкото може да се разсее, което води до повишаване на вътрешната температура - явление, известно като Heat Build-Up (HBU).
Тестовете за издуване отиват още по-далеч: образецът се натоварва динамично, докато се разруши. С помощта на High-Force DMA е възможно да се измери не само повишаването на температурата, но и вискоеластичните свойства, като модул на съхранение, модул на загуба и поведение на затихване (tan δ) - всичко това в рамките на един тест.
Практически пример показа, че докато повърхностната термодвойка измерва само 20°C повишение на температурата, вътрешната температура - уловена с иглена термодвойка - се повишава с до 70°C. Подобни прозрения са от решаващо значение, тъй като вътрешното прегряване може да доведе до образуване на кухини, нарастване на пукнатините и в крайна сметка до катастрофална повреда.
Ефектът на Пейн - когато гумата омеква при движение
Ефектът на Пейн описва намаляването на твърдостта (модула на съхранение) на напълнените еластомери при увеличаване на динамичната деформация. Този ефект става актуален, когато каучукови компоненти като гуми, чистачки за предно стъкло или виброгасители са подложени на многократни деформации.
С помощта на NETZSCH DMA 503 Eplexor® , тестът за измерване на натоварването демонстрира как модулът на съхранение остава постоянен в линейната вискоеластична област, след което спада значително - с почти две трети - след като започне нелинейното поведение. Коефициентът на загуби (tan δ) първоначално се повишава, достига своя връх, когато вътрешните мрежи от пълнители са най-увредени, след което отново спада.
При намаляване на динамичната деформация материалът не се връща в първоначалното си състояние. Вместо това той проявява хистерезис: частично възстановяване, но не и пълно възстановяване. Това доказва, че ефектът на Пейн е само частично обратим в краткосрочен план - пълното възстановяване изисква по-дълги периоди на покой, тъй като връзките пълнител-пълнител отново се агломерират.
Ефект на Мълинс - необратимо омекотяване
Докато ефектът на Пейн е обратим с течение на времето, ефектът на Мълинс описва постоянно омекване на напълнен еластомер след многократно натоварване и разтоварване при квазистатични условия.
Този ефект играе решаваща роля в приложения като:
- Поведение на гумите при пробиване
- Дългосрочно уплътняване на О-пръстени
- Промени в демпфирането на вибрационни опори
Изпитването с високо напрежение DMA показва, че след първоначалния цикъл на натоварване последващите криви на напреженията и деформациите следват по-меки пътища. Това показва необратими структурни промени, включително увреждане на връзките между полимера и пълнителя и пренареждане на полимерните вериги. Разликата между първоначалните и последващите криви на напреженията и деформациите е известна като увреждане на Мълинс - ключов параметър за прогнозно моделиране и симулации на материали.
Заключителни мисли
Каучукът е изключително гъвкав, но сложен материал. Поведението му при натоварване включва комбинация от механични, термични и микроструктурни ефекти - всички те си взаимодействат едновременно. Разбирането им изисква усъвършенствани техники за изпитване.
Системите DMA с висока сила от NETZSCH Analyzing & Testing дават възможност на инженерите и изследователите да симулират реални условия на натоварване и да събират критични данни за умората, натрупването на топлина, демпферните характеристики и микроструктурните промени.
Както веднъж каза известният дизайнер на Формула 1 Ейдриън Нюи:
"Тези части от гумата, които всъщност предават сцеплението с асфалта, вероятно са най-слабо проучени - но са най-важни."
В NETZSCH, ние може и да нямаме всички отговори, но предоставяме инструментите, които помагат да се направи още една стъпка напред в изпитването на материалите и разбирането на гумата.
Интересувате ли се да научите повече за решенията за DMA и изпитване с висока сила? Не се колебайте да се свържете с нас!
Местен контакт
Гледайте тези уебинари, за да научите повече:
Споделете тази статия: