09.12.2025 by Sascha Riegler
Hvordan dynamisk mekanisk analyse med høj kraft hjælper med at forstå ægte materialeadfærd
Gummikomponenter, der bruges i luft- og rumfart, minedrift, forsvar og motorsport, udsættes for ekstreme mekaniske belastninger under reel drift - langt ud over, hvad standardtest kan gengive. High-Force DMA gør det muligt at måle og simulere disse belastninger og afslører kritisk adfærd som varmeopbygning, udmattelse og Payne- og Mullins-effekter. Med avanceret testteknologi kan producenterne bedre forudsige ydeevne, forebygge fejl og designe sikrere gummimaterialer med længere holdbarhed.
Gummis opførsel under tung 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
Uanset om det er flydæk, transportbånd til minedrift, puder til militærbaner eller Formel 1-dæk - gummi udsættes ofte for ekstrem mekanisk 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. Men hvordan opfører dette komplekse materiale sig under virkelige forhold? Og hvordan kan producenterne teste og simulere disse belastninger på en pålidelig måde? Det er her, at dynamisk mekanisk analyse (DMA) med høj styrke fra NETZSCH bliver afgørende.
Hvorfor High-Force DMA?
DMA er en ikke-destruktiv testmetode, der bruges til at analysere den dynamiske mekaniske opførsel af viskoelastiske faste stoffer. Mens konventionelle DMA'er er velegnede til small prøver og lineær viskoelastisk testning, når de deres grænser, når materialer udsættes for høje kræfter, høje frekvenser eller large deformationer - som alle er almindelige i den virkelige verden.
NETZSCH tilbyder DMA-instrumenter med høj kraft som DMA 503 Eplexor® og DMA 523 Eplexor®, der kan påføre statiske kræfter på op til 6000 N og dynamiske kræfter på op til 4000 N. Disse systemer gør det muligt at teste large prøver og simulere realistiske belastningsforhold - fra tunge dæk til vibrationsdæmpere.
Oplev NETZSCH High-Force DMA-produktsortimentet
Varmeopbygning og udblæsning - skubber elastomerer til grænsen
En af de største udfordringer ved gummitestning er varmeakkumulering under cyklisk 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. Elastomerer har en dårlig 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. Når de udsættes for høj dynamisk 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, genereres der mere varme, end der kan afgives, hvilket fører til interne temperaturstigninger - et fænomen, der er kendt som Heat Build-Up (HBU).
Blow-Out-tests går et skridt videre: Prøven udsættes for dynamisk StressStress defineres som et kraftniveau, der påføres en prøve med et veldefineret tværsnit. (Spænding = kraft/areal). Prøver med et cirkulært eller rektangulært tværsnit kan komprimeres eller strækkes. Elastiske materialer som gummi kan strækkes op til 5 til 10 gange deres oprindelige længde.stress, indtil den svigter. Med High-Force DMA er det muligt at måle ikke bare temperaturstigninger, men også de viskoelastiske egenskaber som lagringsmodul, ViskositetsmodulDet komplekse modul (viskøse komponent), tabsmodul eller G'', er den "imaginære" del af prøvens samlede komplekse modul. Denne viskøse komponent angiver den væskelignende eller ude af fase reaktion i den prøve, der måles. tabsmodul og dæmpningsadfærd (tan δ) - alt sammen i én test.
Et praktisk eksempel viste, at mens et overfladetermoelement kun målte en temperaturstigning på 20 °C, steg den indvendige temperatur - målt med et nåletermoelement - med op til 70 °C. En sådan indsigt er afgørende, da intern overophedning kan føre til hulrumsdannelse, revnevækst og i sidste ende katastrofalt svigt.
Payne-effektenPayne-effekten er faldet i et fyldt, krydsbundet elastomersystem med stigende deformationsamplitude.Payne-effekten - når gummi bliver blødere af bevægelse
Payne-effektenPayne-effekten er faldet i et fyldt, krydsbundet elastomersystem med stigende deformationsamplitude.Payne-effekten beskriver faldet i stivhed (lagringsmodul) hos fyldte elastomerer under stigende dynamisk 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. Denne effekt bliver relevant, når gummikomponenter som f.eks. dæk, vinduesviskere eller vibrationsdæmpere udsættes for gentagne deformationer.
Ved hjælp af NETZSCH DMA 503 Eplexor® viste en load sweep-test, hvordan lagringsmodulet forblev konstant i det lineære viskoelastiske område og derefter faldt betydeligt - med næsten to tredjedele - når den ikke-lineære adfærd begyndte. Tabsfaktoren (tan δ) steg i starten, toppede, da de interne fyldstofnetværk var mest beskadigede, før den faldt igen.
Når den dynamiske belastning blev reduceret, vendte materialet ikke tilbage til sin oprindelige tilstand. I stedet udviste det hysterese: delvis genopretning, men ikke fuld genoprettelse. Det beviser, at Payne-effektenPayne-effekten er faldet i et fyldt, krydsbundet elastomersystem med stigende deformationsamplitude.Payne-effekten kun er delvist reversibel på kort sigt - fuld gendannelse kræver længere hvileperioder, når fyldstof-fyldstof-bindinger agglomererer igen.
Mullins-effektenMullins-effekten beskriver et fænomen, der er typisk for gummimaterialer.Mullins-effekten - Irreversibel blødgøring
Mens Payne-effektenPayne-effekten er faldet i et fyldt, krydsbundet elastomersystem med stigende deformationsamplitude.Payne-effekten er reversibel over tid, beskriver Mullins-effektenMullins-effekten beskriver et fænomen, der er typisk for gummimaterialer.Mullins-effekten en permanent blødgøring af en fyldt elastomer efter gentagen belastning og aflastning under kvasistatiske forhold.
Denne effekt spiller en afgørende rolle i applikationer som f.eks:
- Indkøringsadfærd for dæk
- Langtidsforsegling af O-ringe
- Ændringer i vibrationsdæmperes ydeevne
High-Force DMA-test viser, at efter en indledende belastningscyklus følger de efterfølgende StressStress defineres som et kraftniveau, der påføres en prøve med et veldefineret tværsnit. (Spænding = kraft/areal). Prøver med et cirkulært eller rektangulært tværsnit kan komprimeres eller strækkes. Elastiske materialer som gummi kan strækkes op til 5 til 10 gange deres oprindelige længde.stress-tøjningskurver blødere baner. Dette indikerer irreversible strukturelle ændringer, herunder beskadigelse af polymer-filler-bindinger og omlejring af polymerkæder. Forskellen mellem den oprindelige og den efterfølgende spændingskurve er kendt som Mullins-skade - en nøgleparameter til forudsigelig modellering og materialesimuleringer.
Afsluttende tanker
Gummi er et meget alsidigt, men også komplekst materiale. Dets opførsel under StressStress defineres som et kraftniveau, der påføres en prøve med et veldefineret tværsnit. (Spænding = kraft/areal). Prøver med et cirkulært eller rektangulært tværsnit kan komprimeres eller strækkes. Elastiske materialer som gummi kan strækkes op til 5 til 10 gange deres oprindelige længde.stress involverer en kombination af mekaniske, termiske og mikrostrukturelle effekter - som alle interagerer samtidigt. At forstå disse kræver avancerede testteknikker.
High-Force DMA-systemer fra NETZSCH Analyzing & Testing gør det muligt for ingeniører og forskere at simulere belastningsforhold i den virkelige verden og indsamle kritiske data om udmattelse, varmeudvikling, dæmpning og mikrostrukturelle ændringer.
Som den berømte Formel 1-designer Adrian Newey engang sagde:
"De dele af gummiet, der rent faktisk overfører vejgreb til asfalten, er nok dem, vi ved mindst om - og alligevel er de de mest afgørende."
På NETZSCH har vi måske ikke alle svarene, men vi leverer de værktøjer, der hjælper med at bringe materialetestning - og forståelsen af gummi - et skridt videre.
Er du interesseret i at lære mere om DMA og testløsninger med høj styrke? Du er velkommen til at kontakte os!
Lokal kontakt
Se disse webinarer for at lære mere:
Del denne artikel: