Introduktion
Dynamiske varmeopbygningstests giver en bedre forståelse af elastomers termiske egenskaber. Sådanne tests udføres ved at påføre en konstant StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning, en frekvens på 30 Hz og deformationsamplituder på flere mm (i henhold til DIN 53 533 og ASTM D623-99). Disse testbetingelser resulterer i intern friktion, som igen forårsager energispredning og dermed en stigning i prøvens temperatur. Derudover undergår prøven deformation (termisk sæt). Varmeudviklingstests er relevante for dæk/gummi, som er udsat for høj trykbelastning under brug. Det udstyr, der er kvalificeret til at udføre sådanne eksperimenter, er GABOMETER®, som er et modificeret Eplexor® system. Det fungerer som et mere universelt flexometer, fordi det tilbyder alle funktionerne i det klassiske Goodrich Flexometer og desuden indsamler mekaniske materialedata som E-modul og dæmpning (tanδ ).
A) Repeterbarhed af måleresultater
Da der skal skelnes mellem mulige forskelle i materialesammensætningen mellem de forskellige prøvebatcher, er det vigtigt med en høj repeterbarhed i flexometertestresultaterne. Figur 1 viser repeterbarhedstesten for GABOMETER® -systemer på to prøver fra samme batch.
Her blev to prøveemner (samme batch - cylindriske prøver til trykbelastning) testet uafhængigt af hinanden, men under identiske belastningsforhold. Varmeudviklingen resulterer i forskellige temperaturer, f.eks. i midten og på overfladen. Til temperaturmåling i midten af prøven bruges et nåleformet termoelement, som vist i figur 3.
Overfladetemperaturmålingen udføres på prøvens øverste overflade via et termoelement, der er indlejret i den termisk isolerede øvre varmeopbygningsholder. Målingen af tanδ (materialedæmpning) udviser også fremragende repeterbarhed.
B) Fordele ved at bruge en ekstra temperatursensor (nåletermoelement)
I dag udføres varmeopbygningstest ofte med Goodrichs flexometre. Men konventionelle flexometre lider under problemer med opløsning og reproducerbarhed. Modulariteten i Eplexor® -designet omfatter konfigurationer til at udføre varmeopbygningstests. GABOMETER® er en af de mest økonomiske løsninger til sådanne HBU-tests. Det ekstra nåleformede termoelement til måling af temperaturen i prøvens midte tilføjer væsentlig information til eksperimentet, som ellers ville forblive skjult.
Måling af overfladetemperaturen er påkrævet i henhold til ASTM D623, men dette alene gør det ikke altid muligt at se en forskel mellem to prøver med hensyn til stigende temperatur som en funktion af tiden (se figur 2 - temperatur på overfladen). Det er den ekstra temperatursensor af nåletypen, der afslører temperaturen i prøvens kerne mere præcist. Temperaturen i midten er den, der er mindst påvirket af energitab på de ydre overflader. Den er derfor også mere følsom til at afsløre temperaturforskelle, der skyldes varmeopbygningseffekten. Forskelle i energispredning mellem prøve A og B resulterer i temperaturforskelle, som er mest udtalt i kernen. Det er målingen af kernetemperaturen, der gør det muligt at skelne mellem forbindelserne A og B som vist i eksemplet (figur 2).
Men hvad er årsagen til denne forskel?
De grundlæggende forbindelser i prøve A og B er identiske, men de adskiller sig med hensyn til den type carbon black, de indeholder. Carbon black i prøve A har en højere Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne og forårsager større varmetab til overfladen. Som følge heraf falder kernetemperaturen i tilfælde A mere end i tilfælde B med lavere ledningsevne. Kernetemperaturen reduceres; gummiblandingens livscyklus forbedres af en reduceret varmeafledning.
C) Fordele ved at optage tanδ
Figur 4 viser et andet eksempel på en varmeudviklingstest. Til denne test blev de meget forskellige forbindelser A og C sammenlignet. Prøve A udviser en varmeudvikling, der er ca. 20 °C højere end den tilsvarende temperatur for prøve C.
Derfor er polymerernes dæmpningsegenskaber (tanδ) også ret forskellige. Forbindelse C viser en meget lavere mekanisk dæmpning end forbindelse A. Materiale C kan bedre følge dynamiske deformationer end materiale A på grund af dets lavere mekaniske dæmpningstab (tanδ).
Konklusion
Eplexor® 2000 N- eller 4000 N-systemerne samt de universelle GABOMETER® 2000 N- og 4000 N-flexometre kan erstatte det klassiske Goodrich-flexometer i tests og give yderligere fordele for brugeren. Det valgfrie nåletermoelement til måling af kernetemperatur forbedrer systemets følsomhed betydeligt til at registrere varmeopbygningseffekten og er i stand til at give et forbedret billede af materialets egenskaber. Materialer, der ellers ikke kan skelnes fra hinanden med hensyn til varmeopbygningseffekt, kan med sikkerhed skelnes fra hinanden ved hjælp af nålen.
I modsætning hertil får man meget mindre information, når man kun bruger overfladetemperaturen i henhold til ASTM D623.
Takket være deres modulære design kan GABOMETER® -systemerne opgraderes, så de kan bestemme viskoelastiske materialeegenskaber eller få fuld DMTA-funktionalitet. Sådanne eftermonteringer kan udføres på et hvilket som helst tidspunkt efter installationen, når behovet opstår.