Úvod
Elastomerní materiály se díky své vysoké pružnosti používají téměř ve všech technických oborech. Základní vlastností elastomerů je schopnost uchovávat deformační energii a v případě potřeby ji uvolňovat zpět do celého systému. Jedním z měřítek této vlastnosti jsou materiálově imanentní obnovovací síly, které - v závislosti na systému - mohou být generovány z uložené energie a mohou snadno dosahovat 90 % nebo více uložené energie. Tato "cenná" vlastnost je však omezena na úzký teplotní rozsah, který definuje provozní a pracovní teploty pro danou aplikaci. Z tohoto důvodu má teplotní chování elastomerových materiálů zásadní význam.
K záznamu teplotního chování elastomerových materiálů se používají takzvané teplotní sweepy, které lze obecně parametrizovat při různých rychlostech ohřevu. Například vysoká rychlost ohřevu 5 °C/min je výhodnější než rychlost ohřevu 1 °C/min, protože výsledek je k dispozici v kratším čase, a testování je proto rychlejší a nákladově efektivnější. Vyvstává však otázka, jak vyhodnotit výsledky pro různé rychlosti ohřevu.
Tato aplikační poznámka se touto otázkou zabývá a zkoumá závislost řady DMA Gabo Eplexor® na rychlosti ohřevu.
Podmínky měření
Na vzorcích stejné kaučukové směsi byla provedena čtyři teplotní měření od -80 °C do 20 °C při rychlostech ohřevu 1, 2, 3 a 5 °C/min pomocí přístroje DMA Gabo Eplexor® 500 N (obr. 1).
Úvod
Spodní provozní teplota elastomerových materiálů je omezena teplotou skelného přechodu, Tg. Tg charakterizuje teplotu, při které elastomerové materiály přecházejí z tvrdého a relativně křehkého stavu do stavu pružnosti podobného kaučuku. V praxi se Tg definuje jako maximum ztrátového faktoru tanδ. Závislost Tg na rychlosti ohřevu je znázorněna na obrázku 1.
Z obrázku 2 je patrné, že při vyšších rychlostech ohřevu se Tg posouvá k vyšším teplotám. Pro teplotní rozptyl činí Tg -42,3 °C při rychlosti ohřevu 1 °C/min a -41,4 °C při rychlosti ohřevu 5 °C/min. To odpovídá polohové změně Tg o přibližně 1 °C. Maximální hodnota ztrátového faktoru, tanδ, se změnila nejvýše o 0,01. Toto pozorování lze ilustrovat špatnou tepelnou vodivostí většiny plastů. To způsobuje posun přechodových jevů specifických pro materiál, jako jsou relaxační maxima nebo teploty skelného přechodu, k vyšším teplotám (v případě kladných rychlostí ohřevu) nebo k nižším teplotám (v případě záporných rychlostí ochlazování). Vyšší rychlost ohřevu vede k "odporovým efektům" a vzorek zaostává za teplotou pece. Rychlost ohřevu 1 °C/min proto správně odráží efekty specifické pro vzorek, zatímco vysoká rychlost ohřevu způsobí posun těchto efektů na teplotní stupnici.
Souhrn
Tyto minimální posuny polohy Tga maxima ztrátového faktoru tanδ v důsledku různých rychlostí ohřevu jsou způsobeny velmi dobrým rozložením teploty uvnitř řady DMA Gabo Eplexor®, kterého bylo dosaženo použitím ventilátoru v měřicí komoře. Přímým důsledkem těchto zjištění je zkrácení doby měření potřebné pro teplotní měření prostřednictvím použití vyšších rychlostí ohřevu, např. 5 °C/min namísto např. 1 °C/min. Předpokladem pro to je znalost závislosti Tg testovaných materiálů na rychlosti ohřevu.