Introducción
Cuando se analizan juntas o sellos, lo que más interesa es una respuesta dinámica rápida que esté directamente relacionada con las propiedades dinámico-mecánicas de sus materiales. Normalmente, si se producen "fugas", las fuerzas de restauración no son lo suficientemente fuertes. Por desgracia, estas propiedades dependen de la temperatura y, por supuesto, de la frecuencia aplicada. El DMTA proporciona un potente medio para analizar estos límites de fallo aplicando barridos dinámicos de deformación realizados en diferentes condiciones de carga, como precarga, frecuencia o temperatura. El instrumento más adecuado para este tipo de mediciones es el Eplexor® 500 N de NETZSCH GABO Instruments (figura 1).
El siguiente ejemplo ilustra la situación con más detalle:
- Deformación estática de aproximadamente el 20
- Frecuencia de 10 Hz
- Se requiere una fuerza de recuperación elevada
- Se requiere poca amortiguación, por ejemplo, gran elasticidad
Una junta tórica (véase la figura 2) con un diámetro exterior de 10 mm y un grosor de anillo de 1 mm se sometió a tensión con una deformación estática previa de aproximadamente el 20% del grosor. En un segundo paso, se superpuso una oscilación mecánica con una deformación dinámica con amplitudes comprendidas entre el 1% y el 10% del espesor. La frecuencia de ensayo fue de 10 Hz. Durante la primera mitad del periodo de oscilación, la junta se comprimió, mientras que durante la segunda mitad, la junta se liberó. Idealmente, una junta tórica debería reaccionar "lo suficientemente rápido" y seguir el movimiento inducido por la oscilación, incluso en la segunda mitad durante el procedimiento de liberación.
Para garantizar una estanqueidad perfecta, es imprescindible que no se produzca ningún "hueco" entre la junta tórica y la contraparte mecánica.
La junta tórica puede cumplir este requisito si la amortiguación (tanδ) es bastante baja y se almacena elásticamente suficiente energía (= alto módulo de almacenamiento).
Si la amortiguación es demasiado alta (incluso a un nivel aceptable del módulo), la junta tórica no puede seguir el movimiento y, en consecuencia, se produce una "fuga".
La figura 3 muestra los resultados de las pruebas con dos compuestos de elastómero. La muestra 1 (azul) muestra un módulo superior al de la muestra 2 (rojo). El tanδ de los dos materiales es más o menos idéntico dentro de un rango de deformación del 0,01% al 0,1%.
Parece que el material 1 proporciona unas propiedades dinámicas de la junta mucho mejores, si la aplicación se limita únicamente a las deformaciones de small.
Sin embargo, las propiedades mecánicas de ambos materiales cambian drásticamente a mayores deformaciones (entre el 1% y el 10% de amplitud de deformación dinámica).
Aunque los módulos a una amplitud de deformación dinámica del 10% no están tan alejados entre sí, el valor tanδ de la muestra 1 (azul) es, a la misma deformación, aproximadamente un 50% superior al valor tanδ de la muestra 2 (rojo). Esto significa que las pérdidas de energía son mucho mayores. Las propiedades de restauración dinámica de la muestra 1 (azul) empeoran significativamente con el aumento de la deformación dinámica. En consecuencia, pueden producirse fugas. Teniendo en cuenta estas consideraciones, la muestra 2 sería el material preferido para una aplicación de estanquidad.
Conclusión
El Eplexor® 500 N ofrece la posibilidad de comparar directamente piezas con composiciones diferentes y permite conocer el comportamiento de un material. Por tanto, resulta ventajoso no sólo en el control de calidad, sino también en tareas de investigación y desarrollo. En el caso de sellos y juntas, es posible medir el comportamiento de amortiguación a altas deformaciones.