Introducción
Los materiales elastómeros se emplean en casi todos los campos técnicos debido a su gran elasticidad. Una propiedad esencial de los materiales elastómeros es la capacidad de almacenar energía de deformación y devolverla a todo el sistema cuando sea necesario. Una medida de esta propiedad consiste en las fuerzas restauradoras inmanentes al material, que -dependiendo del sistema- pueden generarse a partir de la energía almacenada y alcanzar fácilmente el 90% o más de la energía almacenada. Sin embargo, esta "valiosa" propiedad está restringida a un estrecho rango de temperaturas que define las temperaturas de funcionamiento y de trabajo para la aplicación respectiva. Por este motivo, el comportamiento a temperatura de los materiales elastómeros es de vital importancia.
Para registrar el comportamiento térmico de los materiales elastómeros se utilizan los llamados barridos de temperatura, que generalmente se pueden parametrizar a diferentes velocidades de calentamiento. Por ejemplo, una velocidad de calentamiento elevada de 5 °C/min es preferible a una velocidad de calentamiento de 1 °C/min, ya que se obtiene un resultado en menos tiempo y, por tanto, las pruebas son más rápidas y rentables. Sin embargo, se plantea la cuestión de cómo evaluar los resultados para diferentes velocidades de calentamiento.
Esta Nota de Aplicación aborda esta cuestión y examina la dependencia de la velocidad de calentamiento de la serie DMA GABO Eplexor®.
Condiciones de medición
Se realizaron cuatro barridos de temperatura en muestras del mismo compuesto de caucho desde -80°C hasta 20°C a velocidades de calentamiento de 1, 2, 3 y 5°C/min con el DMA GABO Eplexor® 500 N (figura 1).
Introducción
La temperatura inferior de funcionamiento de los materiales elastómeros está limitada por la temperatura de transición vítrea, Tg. La Tg caracteriza la temperatura a la que los materiales elastómeros pasan de un estado duro y relativamente quebradizo a un estado elástico similar al caucho. En la práctica, la Tg se define como el máximo del factor de pérdida tanδ. En la figura 1 se representa la dependencia de la velocidad de calentamiento de la Tg.
La figura 2 muestra que la Tg se desplaza a temperaturas más altas con velocidades de calentamiento más elevadas. Para un barrido de temperatura, la Tg asciende a -42,3 °C a una velocidad de calentamiento de 1 °C/min y a -41,4 °C a una velocidad de calentamiento de 5 °C/min. Esto corresponde a un cambio posicional de la Tg de aproximadamente 1 °C. El máximo del factor de pérdida, tanδ, ha cambiado como máximo en 0,01. Esta observación puede ilustrarse por la escasa conductividad térmica de la mayoría de los plásticos. Esto provoca un desplazamiento de los efectos de transición específicos del material, como los máximos de RelajaciónCuando se aplica una tensión constante a un compuesto de caucho, la fuerza necesaria para mantener esa tensión no es constante, sino que disminuye con el tiempo; este comportamiento se conoce como relajación de tensiones. El proceso responsable de la relajación de tensiones puede ser físico o químico y, en condiciones normales, ambos ocurrirán al mismo tiempo. relajación o las temperaturas de transición vítrea, a temperaturas más altas (en el caso de velocidades de calentamiento positivas) o más bajas (en el caso de velocidades de enfriamiento negativas). Una velocidad de calentamiento más elevada provoca "efectos de arrastre" y la muestra queda rezagada con respecto a la temperatura del horno. Por tanto, una velocidad de calentamiento de 1 °C/min reflejará correctamente los efectos específicos de la muestra, mientras que una velocidad de calentamiento elevada provocará un desplazamiento de estos efectos en la escala de temperatura.
Resumen
Estos desplazamientos mínimos de la posición de Tgy del máximo del factor de pérdida, tanδ, como resultado de las diferentes velocidades de calentamiento se deben a una muy buena distribución de la temperatura en el interior de la serie DMA GABO Eplexor®, conseguida mediante el uso de un ventilador en la cámara de medición. Una consecuencia directa de estos resultados es la reducción del tiempo de medición necesario para los barridos de temperatura mediante el uso de velocidades de calentamiento más elevadas, por ejemplo, 5 °C/min en lugar de, por ejemplo, 1 °C/min. Un requisito previo para ello es el conocimiento de la dependencia de la velocidad de calentamiento de la Tg de los materiales ensayados.