Introduktion
Elastomermaterialer anvendes inden for næsten alle tekniske områder på grund af deres høje elasticitet. En væsentlig egenskab ved elastomere materialer er evnen til at lagre deformationsenergi og frigive den tilbage til hele systemet, når det er nødvendigt. Et mål for denne egenskab er de materialeimmanente gendannelseskræfter, som - afhængigt af systemet - kan genereres ud fra den lagrede energi og nemt kan udgøre 90 % eller mere af den lagrede energi. Denne "værdifulde" egenskab er dog begrænset til et snævert temperaturområde, der definerer drifts- og arbejdstemperaturen for den pågældende anvendelse. Af denne grund er elastomermaterialers temperaturadfærd af central betydning.
Såkaldte temperatursweeps bruges til at registrere elastomermaterialers termiske opførsel, som generelt kan parametriseres ved forskellige opvarmningshastigheder. En høj opvarmningshastighed på 5 °C/min er f.eks. at foretrække frem for en opvarmningshastighed på 1 °C/min, da der leveres et resultat på kortere tid, og testningen derfor er hurtigere og mere omkostningseffektiv. Men spørgsmålet er, hvordan man evaluerer resultaterne for forskellige opvarmningshastigheder.
Denne Application Note behandler dette spørgsmål og undersøger DMA GABO Eplexor® -seriens afhængighed af opvarmningshastigheden.
Målebetingelser
Der blev udført fire temperatursweeps på prøver af den samme gummiblanding fra -80 °C til 20 °C ved opvarmningshastigheder på 1, 2, 3 og 5 °C/min med DMA GABO Eplexor® 500 N (figur 1).
Introduktion
Den nedre driftstemperatur for elastomermaterialer er begrænset af glasovergangstemperaturen, Tg. Tg karakteriserer den temperatur, hvor elastomermaterialer skifter fra en hård og relativt skør tilstand til en gummilignende elastisk tilstand. I praksis er Tg defineret som maksimum for tabsfaktoren tanδ. Tg 's afhængighed af opvarmningshastigheden er vist i figur 1.
Figur 2 viser, at Tg forskydes til højere temperaturer med højere opvarmningshastigheder. For et temperatursweep er Tg -42,3 °C ved en opvarmningshastighed på 1 °C/min og -41,4 °C ved en opvarmningshastighed på 5 °C/min. Det svarer til en positionsændring af Tg på ca. 1 °C. Tabsfaktorens maksimum, tanδ, har højst ændret sig med 0,01. Denne observation kan illustreres med den dårlige 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 i de fleste plastmaterialer. Dette medfører en forskydning af materialespecifikke overgangseffekter, såsom afslapningsmaksima eller glasovergangstemperaturer, til højere temperaturer (i tilfælde af positive opvarmningshastigheder) eller til lavere temperaturer (i tilfælde af negative afkølingshastigheder). En højere opvarmningshastighed fører til "træk-effekter", og prøven halter efter ovnens temperatur. En opvarmningshastighed på 1 °C/min vil derfor afspejle de prøvespecifikke effekter korrekt, mens en høj opvarmningshastighed vil medføre en forskydning af disse effekter på temperaturskalaen.
Sammenfatning
Disse minimale forskydninger af Tg's position og maksimum for tabsfaktoren, tanδ, som følge af de forskellige opvarmningshastigheder skyldes en meget god temperaturfordeling inde i DMA GABO Eplexor® -serien, opnået ved at bruge en ventilator i målekammeret. En direkte konsekvens af disse resultater er, at man kan reducere den nødvendige måletid for temperatursweeps ved at bruge højere opvarmningshastigheder, f.eks. 5 °C/min i stedet for f.eks. 1 °C/min. En forudsætning for dette er kendskab til opvarmningshastighedens afhængighed af de testede materialers Tg.