Úvod
Zkoušky dynamického zahřívání umožňují lépe pochopit tepelné vlastnosti elastomerů. Tyto zkoušky se provádějí při konstantním zatížení, frekvenci 30 Hz a amplitudě deformace několik mm (podle DIN 53 533 a ASTM D623-99). Tyto zkušební podmínky vedou k vnitřnímu tření, které následně způsobuje rozptyl energie, a tím i zvýšení teploty vzorku. Kromě toho dochází k deformaci vzorku (tepelné nastavení). Zkoušky tepelného namáhání jsou důležité pro pneumatiky/pryže, které jsou v provozu vystaveny vysokému tlakovému namáhání. Zařízením vhodným k provádění takových experimentů je GABOMETER®, které představuje modifikovaný systém Eplexor®. Funguje jako univerzálnější flexometr, protože nabízí všechny funkce klasického flexometru Goodrich a navíc získává mechanické údaje o materiálu, jako je modul E a tlumení (tanδ ).
A) Opakovatelnost výsledků měření
Vzhledem k tomu, že je třeba rozlišit možné rozdíly ve složení materiálu mezi různými šaržemi vzorků, je nezbytná vysoká opakovatelnost výsledků zkoušek flexometrem. Obrázek 1 ukazuje test opakovatelnosti pro systémy GABOMETER® na dvou vzorcích ze stejné šarže.
Zde byly zkoušeny dva zkušební vzorky (stejná šarže - válcové vzorky pro zatížení tlakem) nezávisle na sobě, ale za stejných zatěžovacích podmínek. Tepelný nárůst má za následek rozdílné teploty; např. ve středu a na povrchu. Pro měření teploty uprostřed vzorku se používá termočlánek ve tvaru jehly, jak je znázorněno na obrázku 3.
Měření povrchové teploty se provádí na horním povrchu vzorku pomocí termočlánku zabudovaného v tepelně izolovaném horním držáku tepelného nánosu. Měření tanδ (tlumení materiálu) vykazuje rovněž vynikající opakovatelnost.
B) Výhody použití přídavného teplotního čidla (jehlový termočlánek)
Dnes se běžně provádějí zkoušky zahřívání pomocí flexometrů Goodrich. Běžné flexometry však trpí problémy s rozlišením a reprodukovatelností. Modularita konstrukce Eplexor® zahrnuje konfigurace pro provádění zkoušek nárůstu tepla. Přístroj GABOMETER® je jedním z nejekonomičtějších řešení určených pro tyto HBU-testy. Přídavný termočlánek ve tvaru jehly pro měření teploty ve středu vzorku dodává experimentu informace o materiálu, které by jinak zůstaly skryty.
Měření povrchové teploty je vyžadováno normou ASTM D623, ale pouze na základě tohoto měření není vždy možné rozlišit dva vzorky z hlediska rostoucí teploty v závislosti na čase (viz obrázek 2 - teplota na povrchu). Teplotu v jádru vzorku přesněji odhalí až přídavný jehlový snímač teploty. Teplota ve středu je nejméně ovlivněna ztrátami energie přes vnější povrchy. Proto je také citlivější pro odhalení teplotních rozdílů vyvolaných efektem hromadění tepla. Rozdíly v rozptylu energie mezi vzorky A a B vedou k rozdílům teplot, které jsou nejvýraznější v jádře. Právě měření teploty v jádře umožňuje rozlišit sloučeniny A a B, jak je uvedeno v příkladu (obr. 2).
Jaký je však důvod tohoto rozdílu?
Základní sloučeniny vzorků A a B jsou identické, ale liší se typem sazí, které obsahují. Saze ve vzorku A mají vyšší tepelnou vodivost a způsobují vyšší tepelné ztráty na povrchu. V důsledku toho klesá teplota jádra ve vzorku A více než ve vzorku B s nižší tepelnou vodivostí. teplota jádra se snižuje; životnost pryžové směsi se zlepšuje díky sníženému odvodu tepla.
C) Výhody záznamu tanδ
Na obrázku 4 je znázorněn další příklad zkoušky zahřívání. Při této zkoušce byly porovnávány velmi odlišné sloučeniny A a C. Vzorek A vykazuje nárůst tepla, který je přibližně o 20 °C vyšší než odpovídající teplota vzorku C.
V důsledku toho jsou také tlumicí vlastnosti (tanδ) polymerů zcela odlišné. Sloučenina C vykazuje mnohem nižší mechanické tlumení než sloučenina A. Materiál C může lépe sledovat dynamické deformace než materiál A díky nižším ztrátám mechanického tlumení (tanδ).
Závěr
Systémy Eplexor® 2000 N nebo 4000 N , stejně jako univerzální flexometry GABOMETER® 2000 N a 4000 N, mohou při zkouškách nahradit klasický flexometr Goodrich a přinést uživateli další výhody. Volitelný jehlový termočlánek pro měření teploty jádra výrazně zvyšuje citlivost systému pro detekci efektu nárůstu tepla a je schopen poskytnout lepší obraz o vlastnostech materiálu. Materiály, které jsou jinak z hlediska efektu nárůstu tepla od sebe nerozeznatelné, lze pomocí jehly spolehlivě rozlišit.
Naproti tomu při použití pouze povrchové teploty podle normy ASTM D623 lze získat mnohem méně informací.
Díky modulární konstrukci lze systémy GABOMETER® modernizovat tak, aby umožňovaly stanovení viskoelastických vlastností materiálu nebo získaly plnou funkčnost DMTA. Takové dovybavení lze provést kdykoli po instalaci podle potřeby.