Einleitung
Dank hoher Elastizität und einstellbarem Dämpfungsverhalten werden elastomere Werkstoffe nahezu in allen technischen Bereichen eingesetzt. Die einzigartige Gummielastizität ist allerdings temperaturabhängig. Das Temperaturverhalten von elastomeren Werkstoffen wird mit Temperatursweeps ermittelt. Neben Anfangs- und Endtemperaturen werden Temperatursweeps mit Heizbzw. Abkühlrate eindeutig parametrisiert. Experimentell setzt die verlässliche Bestimmung des Temperaturverhaltens eine genaue Temperaturregelung und einen niedrigen Temperaturgradienten innerhalb der Messkammer voraus. Um für eine hervorragende Temperaturverteilung innerhalb der Messkammer zu sorgen, ist die Messkammer der DMA GABO Eplexor®-Serie standardmäßig mit einem Lüfter ausgestattet.
In dieser Applikation Note wird der Einfluss der Temperaturverteilung in der DMA GABO Eplexor®-Serie untersucht. Zu diesem Zweck wurden die Temperatursweeps innerhalb eines bestimmten Temperaturintervalls sowohl mit als auch ohne Lüfter ausgeführt.
Messergebnisse
Sechs Temperatursweeps an Proben aus der gleichen Gummimischung wurden von -80 °C bis 20 °C mit einer Heizrate von 1, 3 und 5 K/min mit dem DMA GABO Eplexor® 500 N durchgeführt. Um den Einfluss des Kammerlüfters auf die Temperaturverteilung in der Messkammer zu prüfen, werden die drei Temperatursweeps einmal mit und einmal ohne Kammerlüfter durchgeführt. Abbildung 1 zeigt die Heizratenabhängigkeit des Verlustfaktors tan δ, mit und ohne Kammerlüfter gemessen.
Abbildung 1 belegt, dass der Glasübergangsbereich sowohl von der Heizrate als auch von der Verwendung eines Kammerlüfters abhängt. Um dieses Verhalten genauer zu untersuchen, wird in Abbildung 2 die GlasübergangstemperaturDer Glasübergang gilt als eine der wichtigsten Eigenschaften amorpher und teilkristalliner Materialien, wie z.B. anorganische Gläser, amorphe Metalle, Polymere, Pharmazeutika und Lebensmittel, usw., und bezeichnet den Temperaturbereich, in dem sich die mechanischen Eigenschaften des Material von einem harten und spröden Zustand in einen weicheren, verformbaren oder gummiartigen Zustand ändern.Glasübergangstemperatur Tg – definiert als Maximum des Verlustfaktors tan δ – in Abhängigkeit der Heizrate und Einsatz eines Lüfters dargestellt.
Abbildung 2 zeigt, dass Tg sich unabhängig vom Einsatz eines Kammerlüfters mit höheren Heizraten zu höheren Temperaturen verschiebt. Die Verschiebung in Abhängigkeit der Heizrate lässt sich mit der geringen WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit der meisten Kunststoffe erklären. Materialspezifische Übergangseffekte wie RelaxationWhen a constant strain is applied to a rubber compound, the force necessary to maintain that strain is not constant but decreases with time; this behavior is known as stress relaxation. The process responsible for stress relaxation can be physical or chemical, and under normal conditions, both will occur at the same time. Relaxation oder Glaspunkte verschieben sich, weil die Proben der Ofentemperatur hinterherhinken.
Zwischen die Messungen mit den Heizraten 1 K/min und 5 K/min hat sich Tg unter Einsatz eines Kammerlüfters um weniger als 1 °C, also äußerst geringfügig, verschoben. Ohne Kammerlüfter beträgt die Verschiebung der Glasübergangstemperatur Tg circa 4 °C. Somit begünstigt der Kammerlüfter eine sehr gute Temperaturverteilung in der Messkammer, sodass die Verschiebung der Glasübergangstemperatur lediglich auf die niedrige Wärmeleitfähigkeit von Elastomerkompositen zurückzuführen ist.
Zusammenfassung
Das hat zur Folge, dass die Messdauer von Temperatursweeps mit Hilfe der DMA-GABO Eplexor®-Serie aufgrund der guten Temperaturverteilung in der Messkammer verkürzt werden kann, wenn man höhere Heizraten verwendet. Ein Temperatursweep mit einer Heizrate von 5 K/min wird ungefähr ein Fünftel der Messzeit eines Temperatursweeps mit der Heizrate 1 K/min dauern.