09.12.2025 by Sascha Riegler
Jak dynamická mechanická analýza s vysokou silou pomáhá pochopit skutečné chování materiálu
Pryžové součásti používané v letectví, těžebním průmyslu, obraně a motoristickém sportu jsou v reálném provozu vystaveny extrémnímu mechanickému zatížení - daleko většímu, než jaké dokáže reprodukovat standardní testování. Technologie High-Force DMA umožňuje měření a simulaci těchto namáhání a odhaluje kritické chování, jako je zahřívání, únava a Payneův a Mullinsův efektMullinsův efekt popisuje jev typický pro pryžové materiály.Mullinsův efekt. Díky pokročilé technologii testování mohou výrobci lépe předvídat výkon, předcházet poruchám a navrhovat bezpečnější pryžové materiály s delší životností.
Chování pryže při velkém zatížení
Ať už se jedná o pneumatiky pro letadla, pásy důlních dopravníků, vojenské kolejové podložky nebo závodní pneumatiky Formule 1, pryž je často vystavena extrémnímu mechanickému namáhání. Jak se však tento složitý materiál chová v reálných podmínkách? A jak mohou výrobci tato zatížení spolehlivě testovat a simulovat? Právě zde se stává zásadní dynamická mechanická analýza (DMA) s vysokým zatížením od NETZSCH.
Proč DMA s vysokou intenzitou?
DMA je nedestruktivní zkušební metoda používaná k analýze dynamického mechanického chování viskoelastických pevných látek. Konvenční DMA jsou vhodné pro small vzorky a lineární viskoelastické testování, ale narážejí na své limity, pokud jsou materiály vystaveny vysokým silám, vysokým frekvencím nebo large deformacím - což jsou všechno běžné jevy v reálných aplikacích.
NETZSCH nabízí přístroje DMA pro měření vysokých sil, jako např DMA 503 Eplexor® a DMA 523 Eplexor®, které jsou schopny působit statickými silami až 6000 N a dynamickými silami až 4000 N. Tyto systémy umožňují testovat vzorky large a simulovat reálné podmínky zatížení - od těžkých pneumatik až po tlumiče vibrací.
Objevte řadu produktů NETZSCH High-Force DMA
Vznik tepla a vyfukování - tlačení elastomerů na hranici možností
Jedním z hlavních problémů při zkoušení pryže je akumulace tepla při cyklickém zatížení. Elastomery mají špatnou tepelnou vodivost. Při vysokém dynamickém namáhání vzniká více tepla, než kolik ho lze odvést, což vede k nárůstu vnitřní teploty - jev známý jako Heat Build-Up (HBU).
Zkoušky Blow-Out jdou ještě o krok dále: vzorek je dynamicky namáhán, dokud nedojde k jeho selhání. Pomocí High-Force DMA je možné měřit nejen nárůst teploty, ale také viskoelastické vlastnosti, jako je Pružnost a modul pružnostiPružnost pryže nebo entropická pružnost popisuje odolnost jakéhokoli pryžového nebo elastomerového systému proti vnější deformaci nebo deformaci. modul skladovatelnosti, Viskozní modulKomplexní modul (viskózní složka), ztrátový modul nebo G'' je "imaginární" část vzorků celkového komplexního modulu. Tato viskózní složka udává kapalnou nebo nefázovou odezvu měřeného vzorku. ztrátový modul a tlumicí chování (tan δ) - to vše v rámci jedné zkoušky.
Praktický příklad ukázal, že zatímco povrchový termočlánek naměřil nárůst teploty pouze o 20 °C, vnitřní teplota - zachycená pomocí jehlového termočlánku - vzrostla až o 70 °C. Takové poznatky jsou klíčové, protože vnitřní přehřátí může vést k tvorbě dutin, růstu trhlin a nakonec ke katastrofickému selhání.
Payneův efektPayneův efekt je pokles plněného, zkříženého elastomerového systému s rostoucí amplitudou deformace.Payneův efekt - když guma pohybem měkne
Paynův efekt popisuje pokles tuhosti (modulu skladovatelnosti) plněných elastomerů při rostoucí dynamické deformaci. Tento efekt nabývá na významu, když jsou pryžové součásti, jako jsou pneumatiky, stěrače nebo tlumiče vibrací, vystaveny opakované deformaci.
Pomocí serveru NETZSCH DMA 503 Eplexor® se při zkoušce rozptylu zatížení ukázalo, že Pružnost a modul pružnostiPružnost pryže nebo entropická pružnost popisuje odolnost jakéhokoli pryžového nebo elastomerového systému proti vnější deformaci nebo deformaci. modul skladovatelnosti zůstává v lineární viskoelastické oblasti konstantní a poté, jakmile začne nelineární chování, výrazně klesá - téměř o dvě třetiny. Ztrátový faktor (tan δ) zpočátku rostl, dosáhl vrcholu, když byly vnitřní sítě plniva nejvíce poškozeny, a poté opět klesl.
Po snížení dynamické deformace se materiál nevrátil do původního stavu. Místo toho vykazoval hysterezi: částečné obnovení, ale ne úplné obnovení. To dokazuje, že Paynův efekt je krátkodobě vratný pouze částečně - úplné zotavení vyžaduje delší klidové období, kdy dochází k opětovné aglomeraci vazeb mezi plnivem a výplní.
Mullinsův efektMullinsův efekt popisuje jev typický pro pryžové materiály.Mullinsův efekt - nevratné změkčení
Zatímco Paynův efekt je v průběhu času vratný, Mullinsův efektMullinsův efekt popisuje jev typický pro pryžové materiály.Mullinsův efekt popisuje trvalé změkčení naplněného elastomeru po opakovaném zatížení a vyložení za kvazistatických podmínek.
Tento efekt hraje zásadní roli v aplikacích, jako jsou např:
- Chování pneumatik při rozbíjení
- Dlouhodobá těsnost O-kroužků
- Změny tlumicího výkonu vibračních držáků
Zkoušky DMA při vysokém zatížení ukazují, že po počátečním zatěžovacím cyklu se následné křivky napětí a deformace vyvíjejí měkčeji. To naznačuje nevratné strukturální změny, včetně poškození vazeb mezi polymerem a výplní a přeskupení polymerních řetězců. Rozdíl mezi původní a následnou křivkou napětí a deformace je znám jako Mullinsovo poškození - klíčový parametr pro prediktivní modelování a materiálové simulace.
Závěrečné myšlenky
Pryž je velmi všestranný a zároveň složitý materiál. Jeho chování při namáhání zahrnuje kombinaci mechanických, tepelných a mikrostrukturních účinků - všechny se vzájemně ovlivňují. Jejich pochopení vyžaduje pokročilé zkušební techniky.
Systémy High-Force DMA od společnosti NETZSCH Analyzing & Testing umožňují inženýrům a výzkumníkům simulovat reálné podmínky zatížení a získávat důležité údaje o únavě, nárůstu tepla, tlumicích vlastnostech a mikrostrukturních změnách.
Jak jednou řekl slavný konstruktér Formule 1 Adrian Newey:
"Tyto části gumy, které skutečně přenášejí přilnavost na asfalt, jsou pravděpodobně nejméně pochopené - a přitom jsou nejdůležitější."
Na stránkách NETZSCH, možná neznáme všechny odpovědi, ale poskytujeme nástroje, které pomáhají posunout testování materiálů - a porozumění gumě - o krok dál.
Máte zájem dozvědět se více o řešeních DMA a testování s vysokou silou? Neváhejte a ozvěte se!
Místní kontakt
Podívejte se na tyto webové semináře a dozvíte se více:
Sdílet tento článek: