Johdanto
Elastomeerimateriaaleja käytetään lähes kaikilla teknisillä aloilla niiden suuren elastisuuden vuoksi. Elastomeerimateriaalien olennainen ominaisuus on kyky varastoida muodonmuutosenergiaa ja luovuttaa se tarvittaessa takaisin koko järjestelmään. Yksi tämän ominaisuuden mittari ovat materiaalin sisäiset palautusvoimat, jotka - järjestelmästä riippuen - voidaan tuottaa varastoidusta energiasta ja jotka voivat helposti olla 90 prosenttia tai enemmän varastoidusta energiasta. Tämä "arvokas" ominaisuus on kuitenkin rajoitettu kapealle lämpötila-alueelle, joka määrittelee kyseisen sovelluksen käyttö- ja työlämpötilat. Tästä syystä elastomeerimateriaalien lämpötilakäyttäytymisellä on keskeinen merkitys.
Elastomeerimateriaalien lämpökäyttäytymisen tallentamiseen käytetään niin sanottuja lämpötilapyyhkäisyjä, jotka voidaan yleensä parametrisoida eri lämmitysnopeuksilla. Korkea lämmitysnopeus, esimerkiksi 5 °C/min, on parempi kuin lämmitysnopeus 1 °C/min, koska tulos saadaan lyhyemmässä ajassa ja testaaminen on siten nopeampaa ja kustannustehokkaampaa. Herää kuitenkin kysymys, miten tuloksia arvioidaan eri lämmitysnopeuksilla.
Tässä sovellusohjeessa käsitellään tätä kysymystä ja tarkastellaan DMA Gabo Eplexor® -sarjan lämmitysnopeudesta riippuvuutta.
Mittausolosuhteet
Samasta kumiseoksesta otetuille näytteille tehtiin neljä lämpötilapyyhkäisyä -80 °C:sta 20 °C:seen lämmitysnopeuksilla 1, 2, 3 ja 5 °C/min DMA Gabo Eplexor® 500 N:n avulla (kuva 1).
Johdanto
Elastomeerimateriaalien alempaa käyttölämpötilaa rajoittaa lasittumislämpötila, Tg. Tg kuvaa lämpötilaa, jossa elastomeerimateriaalit muuttuvat kovasta ja suhteellisen hauraasta tilasta kumimaisen joustavaan tilaan. Käytännössä Tg määritellään häviökertoimen tanδ suurimmaksi arvoksi. Tg:n riippuvuus lämmitysnopeudesta on esitetty kuvassa 1.
Kuvasta 2 nähdään, että Tg siirtyy korkeampiin lämpötiloihin suuremmilla lämmitysnopeuksilla. Lämpötilan pyyhkäisyssä Tg on -42,3 °C, kun lämmitysnopeus on 1 °C/min, ja -41,4 °C, kun lämmitysnopeus on 5 °C/min. Tämä vastaa Tg:n noin 1 °C:n asennon muutosta. Häviökertoimen tanδ maksimi on muuttunut korkeintaan 0,01:llä. Tätä havaintoa voidaan havainnollistaa useimpien muovien huonolla lämmönjohtavuudella. Tämä aiheuttaa materiaalikohtaisten siirtymäilmiöiden, kuten relaksaatiomaksimien tai lasisiirtymälämpötilojen, siirtymisen korkeampiin lämpötiloihin (positiivisten lämmitysnopeuksien tapauksessa) tai matalampiin lämpötiloihin (negatiivisten jäähdytysnopeuksien tapauksessa). Suurempi lämmitysnopeus johtaa "vetovaikutuksiin" ja näyte jää jälkeen uunin lämpötilasta. Lämmitysnopeus 1 °C/min kuvastaa siis näytekohtaisia vaikutuksia oikein, kun taas suuri lämmitysnopeus aiheuttaa näiden vaikutusten siirtymisen lämpötila-asteikolla.
Yhteenveto
Nämä Tg:n sijainnin minimaaliset siirtymät ja häviökertoimen tanδ maksimi eri lämmitysnopeuksien seurauksena johtuvat erittäin hyvästä lämpötilajakaumasta DMA Gabo Eplexor® -sarjan sisällä, joka saavutetaan käyttämällä mittauskammiossa tuuletinta. Näiden havaintojen suorana seurauksena on lämpötilapyyhkäisyihin tarvittavan mittaajan lyhentäminen käyttämällä suurempia lämmitysnopeuksia, esimerkiksi 5 °C/min esimerkiksi 1 °C/min sijasta. Edellytyksenä tälle on, että tiedetään testattavien materiaalien Tg:n riippuvuus lämmitysnopeudesta.