Introduction
Les essais d'échauffement dynamique permettent de mieux comprendre les propriétés thermiques des élastomères. Ces essais sont réalisés en appliquant une charge constante, une fréquence de 30 Hz et des amplitudes de déformation de plusieurs mm (selon DIN 53 533 et ASTM D623-99). Ces conditions d'essai entraînent un frottement interne qui, à son tour, provoque une dissipation d'énergie et donc une augmentation de la température de l'échantillon. En outre, l'échantillon subit des déformations (thermofixation). Les essais d'échauffement sont pertinents pour les pneus/caoutchoucs qui sont soumis à une forte contrainte de compression en service. L'équipement qualifié pour réaliser de telles expériences est le GABOMETER®, qui représente un système Eplexor® modifié. Il fonctionne comme un flexomètre plus universel car il offre toutes les caractéristiques du flexomètre classique de Goodrich et acquiert en outre des données mécaniques sur les matériaux telles que le module E et l'amortissement (tanδ ).
A) Répétabilité des résultats de mesure
Étant donné qu'il faut distinguer les éventuelles différences de constitution des matériaux entre les différents lots d'échantillons, une grande répétabilité des résultats des essais au flexomètre est essentielle. La figure 1 montre le test de répétabilité pour les systèmes GABOMETER® sur deux échantillons du même lot.
Ici, deux échantillons (même lot - échantillons cylindriques pour la charge de compression) ont été testés indépendamment, mais dans des conditions de charge identiques. L'accumulation de chaleur entraîne des températures différentes, par exemple au centre et à la surface. Pour mesurer la température au centre de l'échantillon, on utilise un thermocouple en forme d'aiguille, comme le montre la figure 3.
La mesure de la température de surface est effectuée à la surface supérieure de l'échantillon par l'intermédiaire d'un thermocouple intégré dans le support d'accumulation de chaleur supérieur thermiquement isolé. La mesure du tanδ (amortissement du matériau) présente également une excellente répétabilité.
B) Avantages de l'utilisation d'un capteur de température supplémentaire (thermocouple à aiguille)
Aujourd'hui, les tests d'accumulation de chaleur sont couramment réalisés avec des flexomètres Goodrich. Cependant, les flexomètres conventionnels souffrent de problèmes de résolution et de reproductibilité. La modularité de la conception de Eplexor® inclut des configurations permettant de réaliser des essais d'accumulation de chaleur. Le GABOMETER® est l'une des solutions les plus économiques dédiées à ces tests HBU. Le thermocouple supplémentaire en forme d'aiguille pour mesurer la température au centre de l'échantillon ajoute des informations matérielles à l'expérience qui resteraient autrement cachées.
La mesure de la température de surface est exigée par la norme ASTM D623, mais cette seule mesure ne permet pas toujours de distinguer deux échantillons en termes d'augmentation de la température en fonction du temps (voir figure 2 - température à la surface). C'est le capteur de température supplémentaire à aiguille qui révèle plus précisément la température au cœur de l'échantillon. La température au centre est celle qui est la moins influencée par les pertes d'énergie à travers les surfaces extérieures. Elle est donc également plus sensible pour révéler les différences de température induites par l'effet d'accumulation de chaleur. Les différences de dissipation d'énergie entre les échantillons A et B entraînent des différences de température qui sont plus prononcées au cœur de l'échantillon. C'est la mesure de la température du cœur qui permet de distinguer les composés A et B, comme le montre l'exemple (figure 2).
Mais quelle est la raison de cette différence ?
Les composés de base des échantillons A et B sont identiques, mais ils diffèrent par le type de Noir de carboneLa température et l'atmosphère (gaz de purge) affectent les résultats du changement de masse. En changeant l'atmosphère, par exemple de l'azote à l'air, pendant la mesure TGA, il est possible de séparer et de quantifier les additifs, par exemple le noir de carbone, et le polymère en vrac.noir de carbone qu'ils contiennent. Le Noir de carboneLa température et l'atmosphère (gaz de purge) affectent les résultats du changement de masse. En changeant l'atmosphère, par exemple de l'azote à l'air, pendant la mesure TGA, il est possible de séparer et de quantifier les additifs, par exemple le noir de carbone, et le polymère en vrac.noir de carbone de l'échantillon A a une Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique plus élevée et entraîne des pertes de chaleur plus importantes vers la surface. Par conséquent, la température à cœur de l'échantillon A diminue davantage que celle de l'échantillon B, dont la conductivité est plus faible. La température à cœur est réduite ; le cycle de vie du mélange de caoutchouc est amélioré par la réduction de la dissipation de chaleur.
C) Avantages de l'enregistrement du tanδ
La figure 4 illustre un autre exemple de test d'accumulation de chaleur. Pour ce test, les composés A et C, très différents, ont été comparés. L'échantillon A présente une accumulation de chaleur supérieure d'environ 20°C à la température correspondante de l'échantillon C.
Par conséquent, les propriétés d'amortissement (tanδ) des polymères sont également très différentes. Le composé C présente un amortissement mécanique beaucoup plus faible que le composé A. Le matériau C peut mieux suivre les déformations dynamiques que le matériau A en raison de ses pertes d'amortissement mécanique plus faibles (tanδ).
Conclusion
Les systèmes Eplexor® 2000 N ou 4000 N, ainsi que les flexomètres universels GABOMETER® 2000 N et 4000 N, peuvent remplacer le flexomètre Goodrich classique dans les essais et offrent des avantages supplémentaires à l'utilisateur. Le thermocouple à aiguille optionnel pour la mesure de la température à cœur améliore considérablement la sensibilité du système pour la détection de l'effet d'accumulation de chaleur et permet d'obtenir une meilleure image des propriétés du matériau. L'utilisation de l'aiguille permet de différencier de manière fiable des matériaux qui, autrement, ne se distinguent pas les uns des autres en termes d'effet d'accumulation de chaleur.
En revanche, on obtient beaucoup moins d'informations en utilisant uniquement la température de surface conformément à la norme ASTM D623.
Grâce à leur conception modulaire, les systèmes GABOMETER® peuvent être mis à niveau pour leur permettre de déterminer les propriétés viscoélastiques des matériaux ou d'obtenir une fonctionnalité DMTA complète. Ces mises à niveau peuvent être effectuées à tout moment après l'installation, si le besoin s'en fait sentir.