Úvod
Při analýze těsnění nebo ucpávek je v popředí zájmu rychlá dynamická odezva, která přímo souvisí s jejich dynamicko-mechanickými vlastnostmi materiálu. Pokud dojde k "netěsnosti", nejsou obvykle obnovující síly dostatečně silné. Bohužel tyto vlastnosti závisí na teplotě a samozřejmě na použité frekvenci. DMTA poskytuje výkonný prostředek pro analýzu těchto mezí poruch pomocí dynamických deformačních měření prováděných za různých zatěžovacích podmínek, jako je předpětí, frekvence nebo teplota. Ideální pro taková měření je přístroj Eplexor® 500 N od společnosti NETZSCH GABO Instruments (obr. 1).
Následující příklad ilustruje situaci podrobněji:
- Statická deformace přibližně 20 %
- Frekvence 10 Hz
- Potřebná velká obnovovací síla
- Nízké tlumení, např. nutná vysoká pružnost
O-kroužek (viz obrázek 2) o vnějším průměru 10 mm a tloušťce kroužku 1 mm byl namáhán statickou předdeformací o velikosti přibližně 20 % tloušťky. Ve druhém kroku bylo navrstveno mechanické kmitání s dynamickou deformací s amplitudou mezi 1 % a 10 % tloušťky. Zkušební frekvence byla 10 Hz. Během první poloviny doby kmitání bylo těsnění stlačeno, zatímco během druhé poloviny bylo uvolněno. V ideálním případě by měl O-kroužek reagovat "dostatečně rychle" a sledovat pohyb vyvolaný kmitáním, a to i v druhé polovině během postupu uvolňování.
Aby bylo zajištěno dokonalé utěsnění, je nutné, aby mezi O-kroužkem a mechanickým protějškem nevznikla žádná "mezera".
O-kroužek je schopen toto splnit, pokud je tlumení (tanδ) poměrně nízké a pokud je v něm pružně uložen dostatek energie (= vysoký akumulační modul).
Pokud je tlumení příliš vysoké (i při přijatelné úrovni modulu), O-kroužek nemůže sledovat pohyb a následně dochází k "netěsnosti".
Na obrázku 3 jsou uvedeny výsledky zkoušek dvou elastomerových směsí. Vzorek 1 (modrý) vykazuje vyšší modul než vzorek 2 (červený). Tanδ obou materiálů je víceméně shodný v rozsahu deformace 0,01 % až 0,1 %.
Zdá se, že materiál 1 poskytuje mnohem lepší dynamické vlastnosti těsnění, pokud je aplikace omezena pouze na deformace small.
Mechanické vlastnosti obou materiálů se však drasticky mění při vyšších deformacích (mezi 1 % a 10 % dynamické amplitudy deformace).
Přestože moduly při 10% amplitudě dynamické deformace nejsou od sebe příliš vzdálené, hodnota tanδ vzorku 1 (modrá) je při stejné deformaci zhruba o 50 % vyšší než hodnota tanδ vzorku 2 (červená). To znamená, že energetické ztráty jsou mnohem vyšší. Dynamické obnovovací vlastnosti vzorku 1 (modrá) se výrazně zhoršují s rostoucí dynamickou deformací. V důsledku toho může docházet k únikům. S ohledem na tyto skutečnosti by byl vzorek 2 vhodnějším materiálem pro použití v těsnicí aplikaci.
Závěr
Eplexor® 500 N nabízí možnost přímého porovnání dílů s různým složením a umožňuje nahlédnout do chování materiálu. Je proto výhodný nejen při kontrole kvality, ale také při řešení výzkumných a vývojových úkolů. V případě těsnění a ucpávek je možné měřit tlumicí chování při vysokých deformacích.