Εισαγωγή
Οι δοκιμές δυναμικής θερμικής ανάπτυξης παρέχουν καλύτερη κατανόηση των θερμικών ιδιοτήτων των ελαστομερών. Οι δοκιμές αυτές διεξάγονται με την εφαρμογή σταθερού φορτίου, συχνότητας 30 Hz και πλάτους παραμόρφωσης αρκετών mm (σύμφωνα με το DIN 53 533 και το ASTM D623-99). Αυτές οι συνθήκες δοκιμής οδηγούν σε εσωτερική τριβή, η οποία με τη σειρά της προκαλεί διάχυση ενέργειας και συνεπώς αύξηση της θερμοκρασίας του δείγματος. Επιπλέον, το δείγμα υφίσταται παραμόρφωση (θερμική ρύθμιση). Οι δοκιμές θερμικής συσσώρευσης είναι σημαντικές για ελαστικά/ελαστικά που υπόκεινται σε υψηλή θλιπτική καταπόνηση κατά τη χρήση. Ο εξοπλισμός που είναι κατάλληλος για την εκτέλεση τέτοιων πειραμάτων είναι το GABOMETER®, το οποίο αποτελεί ένα τροποποιημένο σύστημα Eplexor®. Λειτουργεί ως ένα πιο καθολικό flexometer, διότι προσφέρει όλα τα χαρακτηριστικά του classical Goodrich Flexometer και επιπλέον αποκτά μηχανικά δεδομένα υλικών, όπως το μέτρο Ε και η απόσβεση (tanδ ).
Α) Επαναληψιμότητα των αποτελεσμάτων μέτρησης
Δεδομένου ότι πρέπει να διακρίνονται πιθανές διαφορές στη σύσταση του υλικού μεταξύ των διαφορετικών παρτίδων δοκιμίων, είναι απαραίτητη η υψηλή επαναληψιμότητα των αποτελεσμάτων των δοκιμών με το φλεγματόμετρο. Στο σχήμα 1 παρουσιάζεται η δοκιμή επαναληψιμότητας για τα συστήματα GABOMETER® σε δύο δείγματα από την ίδια παρτίδα.
Εδώ, δύο δοκίμια (ίδια παρτίδα - κυλινδρικά δοκίμια για φορτίο θλίψης) δοκιμάστηκαν ανεξάρτητα, αλλά υπό πανομοιότυπες συνθήκες φόρτισης. Η συσσώρευση θερμότητας έχει ως αποτέλεσμα διαφορετικές θερμοκρασίες- π.χ. στο κέντρο έναντι της επιφάνειας. Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας στο κέντρο του δοκιμίου χρησιμοποιείται ένα θερμοστοιχείο σε σχήμα βελόνας, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.
Η µέτρηση της επιφανειακής θερµοκρασίας πραγµατοποιείται στην άνω επιφάνεια του δείγµατος µέσω θερµοστοιχείου ενσωµατωµένου στη θερµικά αποµονωµένη άνω υποδοχή θερµικής συσσώρευσης. Η μέτρηση tanδ (απόσβεση υλικού) παρουσιάζει επίσης εξαιρετική επαναληψιμότητα.
Β) Οφέλη από τη χρήση πρόσθετου αισθητήρα θερμοκρασίας (θερμοζεύγος βελόνας)
Σήμερα, οι δοκιμές ανάπτυξης θερμότητας εκτελούνται συνήθως με φλεξόμετρα Goodrich. Ωστόσο, τα συμβατικά φλεξόμετρα υποφέρουν από προβλήματα ανάλυσης και αναπαραγωγιμότητας. Η αρθρωτή δομή του σχεδιασμού Eplexor® περιλαμβάνει διαμορφώσεις για την εκτέλεση δοκιμών θερμικής ανάπτυξης. Το GABOMETER® είναι μια από τις πιο οικονομικές λύσεις που προορίζονται για τέτοιες δοκιμές HBU. Το πρόσθετο θερμοστοιχείο σε σχήμα βελόνας για τη μέτρηση της θερμοκρασίας στο κέντρο του δείγματος προσθέτει στο πείραμα υλικές πληροφορίες που διαφορετικά θα παρέμεναν κρυφές.
Η μέτρηση της επιφανειακής θερμοκρασίας απαιτείται από το πρότυπο ASTM D623, αλλά αυτό από μόνο του δεν επιτρέπει πάντα τη διάκριση μεταξύ δύο δειγμάτων όσον αφορά την αύξηση της θερμοκρασίας σε συνάρτηση με το χρόνο (βλέπε σχήμα 2 - θερμοκρασία στην επιφάνεια). Ο πρόσθετος αισθητήρας θερμοκρασίας τύπου βελόνας είναι αυτός που αποκαλύπτει με μεγαλύτερη ακρίβεια τη θερμοκρασία στον πυρήνα του δείγματος. Η θερμοκρασία στο κέντρο είναι αυτή που επηρεάζεται λιγότερο από τις απώλειες ενέργειας στις εξωτερικές επιφάνειες. Συνεπώς, είναι επίσης πιο ευαίσθητη για την αποκάλυψη των διαφορών θερμοκρασίας που προκαλούνται από το φαινόμενο συσσώρευσης θερμότητας. Οι διαφορές στις απώλειες ενέργειας μεταξύ των δειγμάτων Α και Β έχουν ως αποτέλεσμα διαφορές θερμοκρασίας που είναι πιο έντονες στον πυρήνα. Η μέτρηση της θερμοκρασίας του πυρήνα είναι αυτή που επιτρέπει τη διάκριση μεταξύ των ενώσεων Α και Β, όπως φαίνεται στο παράδειγμα (σχήμα 2).
Ποιος είναι όμως ο λόγος αυτής της διαφοράς;
Οι βασικές ενώσεις των δειγμάτων Α και Β είναι πανομοιότυπες, αλλά διαφέρουν ως προς το είδος της αιθάλης που περιέχουν. Η αιθάλη στο δείγμα Α έχει υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα και προκαλεί μεγαλύτερες απώλειες θερμότητας προς την επιφάνεια. Ως αποτέλεσμα, η θερμοκρασία του πυρήνα στην περίπτωση Α μειώνεται περισσότερο από ό,τι στην περίπτωση Β με τη χαμηλότερη αγωγιμότητα.
C) Οφέλη από την καταγραφή του tanδ
Το Σχήμα 4 απεικονίζει ένα άλλο παράδειγμα δοκιμής συσσώρευσης θερμότητας. Για τη δοκιμή αυτή συγκρίθηκαν οι πολύ διαφορετικές ενώσεις Α και Γ. Το δείγμα Α εμφανίζει αύξηση της θερμοκρασίας κατά 20°C περίπου υψηλότερη από την αντίστοιχη θερμοκρασία του δείγματος Γ.
Κατά συνέπεια, οι ιδιότητες απόσβεσης (tanδ) των πολυμερών είναι επίσης αρκετά διαφορετικές. Η ένωση C αποκαλύπτει πολύ χαμηλότερη μηχανική απόσβεση από την ένωση Α. Το υλικό C μπορεί να παρακολουθεί καλύτερα τις δυναμικές παραμορφώσεις από το υλικό Α λόγω των χαμηλότερων απωλειών μηχανικής απόσβεσης (tanδ).
Συμπέρασμα
Τα συστήματα Eplexor® 2000 N ή 4000 N , καθώς και τα καθολικά φλεγματόμετρα GABOMETER® 2000 N και 4000 N, μπορούν να αντικαταστήσουν το φλεγματόμετρο classical Goodrich στις δοκιμές και να δημιουργήσουν πρόσθετα πλεονεκτήματα για τον χρήστη. Το προαιρετικό θερμοστοιχείο βελόνας για μετρήσεις θερμοκρασίας πυρήνα βελτιώνει σημαντικά την ευαισθησία του συστήματος για την ανίχνευση του φαινομένου της συσσώρευσης θερμότητας και είναι σε θέση να παρέχει μια βελτιωμένη εικόνα των ιδιοτήτων του υλικού. Υλικά που διαφορετικά δεν διακρίνονται μεταξύ τους όσον αφορά το φαινόμενο συσσώρευσης θερμότητας, μπορούν να διαφοροποιηθούν αξιόπιστα με τη χρήση της βελόνας.
Αντίθετα, λαμβάνονται πολύ λιγότερες πληροφορίες όταν χρησιμοποιείται μόνο η θερμοκρασία της επιφάνειας σύμφωνα με το ASTM D623.
Χάρη στον αρθρωτό σχεδιασμό τους, τα συστήματα GABOMETER® μπορούν να αναβαθμιστούν ώστε να μπορούν να προσδιορίζουν τις ιδιότητες ιξωδοελαστικών υλικών ή να αποκτούν πλήρη λειτουργικότητα DMTA. Τέτοιες μετατροπές μπορούν να πραγματοποιηθούν ανά πάσα στιγμή μετά την εγκατάσταση, ανάλογα με τις ανάγκες.