Introducción
Los ensayos dinámicos de acumulación de calor permiten comprender mejor las propiedades térmicas de los elastómeros. Estos ensayos se realizan aplicando una carga constante, una frecuencia de 30 Hz y amplitudes de deformación de varios mm (según DIN 53 533 y ASTM D623-99). Estas condiciones de ensayo dan lugar a una fricción interna que, a su vez, provoca la disipación de energía y, por tanto, un aumento de la temperatura de la muestra. Además, la muestra sufre una deformación (deformación térmica). Las pruebas de acumulación de calor son relevantes para los neumáticos/cauchos que están sometidos a grandes esfuerzos de compresión en servicio. El equipo cualificado para realizar tales experimentos es el GABOMETER®, que representa un sistema Eplexor® modificado. Funciona como un flexómetro más universal, ya que ofrece todas las características del flexómetro Goodrich clásico y, además, adquiere datos mecánicos del material, como el módulo E y la amortiguación (tanδ ).
A) Repetibilidad de los resultados de las mediciones
Dado que deben distinguirse las posibles diferencias en la constitución del material entre los distintos lotes de probetas, es esencial una elevada repetibilidad en los resultados del ensayo del flexómetro. La figura 1 muestra la prueba de repetibilidad de los sistemas GABOMETER® en dos muestras del mismo lote.
En este caso, se ensayaron dos probetas (mismo lote - muestras cilíndricas para la carga de compresión) de forma independiente, pero en condiciones de carga idénticas. La acumulación de calor da lugar a temperaturas diferentes; por ejemplo, en el centro frente a la superficie. Para medir la temperatura en el centro de la muestra, se utiliza un termopar en forma de aguja, como se muestra en la figura 3. La medición de la temperatura en la superficie se realiza en el centro de la muestra.
La medición de la temperatura de la superficie se realiza en la superficie superior de la muestra mediante un termopar incrustado en el soporte superior de acumulación de calor aislado térmicamente. La medición de tanδ (amortiguación del material) también presenta una excelente repetibilidad.
B) Ventajas de utilizar un sensor de temperatura adicional (Termopar de aguja)
En la actualidad, los ensayos de acumulación de calor se realizan habitualmente con flexómetros Goodrich. Sin embargo, los flexómetros convencionales adolecen de problemas de resolución y reproducibilidad. La modularidad del diseño de Eplexor® incluye configuraciones para realizar ensayos de acumulación de calor. El GABOMETER® es una de las soluciones más económicas dedicadas a este tipo de ensayos HBU. El termopar adicional en forma de aguja para medir la temperatura en el centro de la muestra añade información material al experimento que, de otro modo, permanecería oculta.
La medición de la temperatura en la superficie es obligatoria según la norma ASTM D623, pero esto por sí solo no siempre permite distinguir entre dos muestras en cuanto al aumento de la temperatura en función del tiempo (véase la figura 2 - temperatura en la superficie). Es el sensor de temperatura adicional de tipo aguja el que revela con mayor precisión la temperatura en el centro de la muestra. La temperatura en el centro es la menos influida por las pérdidas de energía a través de las superficies exteriores. Por lo tanto, también es más sensible para revelar las diferencias de temperatura inducidas por el efecto de acumulación de calor. Las diferencias en la disipación de energía entre las muestras A y B dan lugar a diferencias de temperatura que son más pronunciadas en el núcleo. Es la medición de la temperatura del núcleo la que permite distinguir entre los compuestos A y B, como se muestra en el ejemplo (figura 2).
Pero, ¿a qué se debe esta diferencia?
Los compuestos básicos de las muestras A y B son idénticos, pero difieren en cuanto al tipo de Negro de humoLa temperatura y la atmósfera (gas de purga) afectan a los resultados del cambio de masa. Al cambiar la atmósfera de, por ejemplo, nitrógeno a aire durante la medición TGA, la separación y cuantificación de aditivos, por ejemplo, negro de carbono, y el polímero a granel puede llegar a ser posible.negro de humo que contienen. El Negro de humoLa temperatura y la atmósfera (gas de purga) afectan a los resultados del cambio de masa. Al cambiar la atmósfera de, por ejemplo, nitrógeno a aire durante la medición TGA, la separación y cuantificación de aditivos, por ejemplo, negro de carbono, y el polímero a granel puede llegar a ser posible.negro de humo de la muestra A tiene una mayor Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica y provoca mayores pérdidas de calor hacia la superficie. Como consecuencia, la temperatura del núcleo en el caso A disminuye más que en el caso B, de menor conductividad.
C) Ventajas de registrar tanδ
La figura 4 muestra otro ejemplo de ensayo de acumulación de calor. Para esta prueba, se compararon los compuestos A y C, muy diferentes entre sí. La muestra A muestra una acumulación de calor de unos 20 °C superior a la temperatura correspondiente de la muestra C. Por consiguiente, las propiedades de amortiguación (tanδ) de los polímeros también son bastante diferentes.
En consecuencia, las propiedades de amortiguación (tanδ) de los polímeros también son muy diferentes. El compuesto C muestra una amortiguación mecánica mucho menor que el compuesto A. El material C puede seguir mejor las deformaciones dinámicas que el material A debido a sus menores pérdidas de amortiguación mecánica (tanδ).
Conclusión
Los sistemas Eplexor® 2000 N o 4000 N , así como los flexómetros universales GABOMETER® 2000 N y 4000 N, pueden sustituir al clásico flexómetro Goodrich en los ensayos y generar ventajas adicionales para el usuario. El termopar de aguja opcional para mediciones de la temperatura del núcleo mejora significativamente la sensibilidad del sistema para detectar el efecto de acumulación de calor y es capaz de proporcionar una imagen mejorada de las propiedades del material. Materiales que de otro modo serían indistinguibles unos de otros en términos de efecto de acumulación de calor, pueden diferenciarse de forma fiable mediante el uso de la aguja.
Por el contrario, se obtiene mucha menos información cuando se utiliza únicamente la temperatura superficial según ASTM D623.
Gracias a su diseño modular, los sistemas GABOMETER® pueden actualizarse para permitirles determinar las propiedades viscoelásticas de los materiales u obtener una funcionalidad DMTA completa. Dichas actualizaciones pueden realizarse en cualquier momento después de la instalación, según surja la necesidad.