Bevezetés
Alacsony SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűségük miatt a habok széleskörűen alkalmazhatók. A puha habokat például párnázóanyagként, akusztikai csillapításra vagy zörgésvédelemre használják. A merev habokat különösen szigetelőanyagként, cipőtalpakban, vagy például kompozit szerkezetek töltőrétegeiként alkalmazzák. Ha a hangsúly a hőszigetelő hatáson vagy az anyag különböző környezeti feltételek melletti ellenállásán van, általában zárt cellás habokat használnak. Ezzel szemben a puha habok általában nyitott cellásak, lehetővé téve a gázok távozását az egyes cellákból, és ezáltal a hab nagyobb rugalmas tömörítést tesz lehetővé.
Általában számos polimer alkalmas a habok alapanyagául. Különösen széles körben használják az expandált polisztirol vagy poliuretán (PUR) alapú habokat. A különböző PUR-habok gyártásuktól függően nagyon eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek. A habok sűrűsége és térhálósodási foka nagymértékben változik a hajtóanyag (víz) mennyiségétől, a további adalékanyagok hozzáadásától és a kiindulási anyagok lánchosszától függően, így a lágytól a nagyon kemény habokig széles skálán mozoghat.
A mechanikai tulajdonságok meghatározására jól bevált a classic egyetemes szakítóvizsgálókkal végzett vizsgálat. A statikus deformációs viselkedés mellett a hab csillapítása is gyakran központi jelentőségű az alkalmazás szempontjából. Itt a DMA értékes hozzájárulást nyújthat a habok teljes viszkoelasztikus viselkedésének rögzítésével. Ebben a hozzájárulásban példaként egy puha, nyitott pórusú PUR-habot vizsgálunk.
Statikus tesztelés
A statikus (kvázi-statikus) vizsgálat során a High Force DMA Gabo Eplexor® 500 N segítségével lassan változó terhelést alkalmazunk, mint egy univerzális tesztelőben, és mérjük a keletkező erőket és deformációkat. A habok szokásos beépítési helyzetének megfelelően a mérést általában összenyomó üzemmódban végzik.
Az 1. ábra balra a terheletlen mintát, jobbra pedig a tömörített mintát mutatja a Eplexor®. Megfigyelhető, hogy csak egy viszonylag small keresztirányú alakváltozás lép fel, és itt egy kezdeti közelítésben teljesen összenyomható anyagot feltételezhetünk.
Először a statikus feszültség-alakváltozás görbéket rögzítik. Az egyszeri hatások kizárása érdekében a habmintát jellemzően kétszer terhelik és tehermentesítik, a 2. ábrán azonban csak a második terhelési ciklus látható.
Ez egy háromosztatú feszültség-alakváltozás görbét mutat, amely a lágyrugalmas habokra jellemző; pl. vö. (Keller, 2019). Viszonylag small terhelések alatt a cellák csak kis mértékben deformálódnak, és az anyag megközelítőleg lineárisan rugalmasan viselkedik. Növekvő alakváltozással a nyitott cellás hab cellái összeesnek. Mivel e folyamat során a cellákból levegőnek kell távoznia, az eredmények az alakváltozási sebesség függvényei. Ebben a plató régióban a deformációhoz szükséges feszültség csak lassan nő. Nagyon magas feszültségszinteknél (itt kb. 50%-nál kezdődően) a már összeesett cellák ezután tovább tömörülnek, és a feszültség ismét erőteljesebben növekszik. Az ezt követő tehermentesítés során a szükséges feszültségek az időközben bekövetkezett energiadiszipáció miatt csak valamivel alacsonyabbak, és egy tipikus hiszterézis lép fel.
Az ISO 3386 szabvány szerint a nyomószilárdságot a 40%-kal növekvő alakváltozás mellett szükséges feszültségként határozzák meg; itt a nyomószilárdság σd 40 = 0,12 MPa. A hiszterézis területe lehetővé teszi az anyag csillapításának durva becslését. A PUR habok csillapítási képessége jelentősen eltér.
A 3. ábra sematikusan különböző hiszterézisgörbéket mutat. A PUR habok csillapítási viselkedésük alapján a medium csillapító (A típus), erősen csillapító (B típus) vagy gyengén csillapító (C típus) típusokba sorolhatók. Ennek megfelelően a vizsgált minta inkább a C típusba sorolható.
Az itt alkalmazott teljes felületi terhelés alternatívájaként gyakran végeznek penetrációs vizsgálatokat habokon. Ebben az esetben a felső rúd helyett egy kisebb testet nyomnak a mintába. Az ehhez szükséges erőt behatolási keménységnek nevezik.
Dinamikus tesztelés
A DMA statikus pásztázása során minden lépésben statikus terhelést alkalmaznak, majd ebben az állapotban dinamikus rezgési kísérletet végeznek. Így a Young-modul közvetlenül ezen a ponton mérhető, és így a csillapítás is lokálisan meghatározható.
A habmintát ismét statikusan nyújtják lépcsőzetesen 70%-ig. A 4. ábrán ugyanaz a viselkedés látható, mint a statikus vizsgálatoknál: A small oldalra történő nyúlások esetén a minta megközelítőleg lineárisan viselkedik, de aztán a nyúlás növekedésével degresszív rugójellegűvé válik. A végső összenyomódást ezután ismét a statikus alakváltozással növekvő rugómerevség jellemzi, és ezért progresszív rugómerevségként jellemezhető.
A DMA segítségével minden egyes ponton mérhető egy Young-modulus a dinamikus RezgésA rezgés mechanikai folyamatát rezgésnek nevezzük. A rezgés olyan mechanikai jelenség, amelynek során egy egyensúlyi pont körül rezgések lépnek fel. A rezgés sok esetben nem kívánatos, energiát pazarol és nem kívánt hangot kelt. Például a motorok, villanymotorok vagy bármilyen működő mechanikus eszköz rezgő mozgása jellemzően nemkívánatos. Az ilyen rezgéseket a forgó alkatrészek kiegyensúlyozatlansága, az egyenetlen súrlódás vagy a fogaskerekek fogazása okozhatja. A gondos tervezés általában minimalizálja a nem kívánt rezgéseket.rezgés miatt. A várakozásoknak megfelelően a modulus kezdetben csökken a small feszültségek tartományában, majd viszonylag állandó, és végül a növekvő összenyomással ismét növekszik. A DMA segítségével mért modulus tehát pontosan ugyanúgy viselkedik, mint a statikus vizsgálat kiértékelését követő érintő modulus.
A mechanikai vizsgálóberendezésekkel a minta Young-modulját nem közvetlenül mérik, hanem először egy merevségi értéket határoznak meg a mérhető erők és alakváltozások alapján. A minta geometriájától és az anyagmodelltől függően ezután kiszámítják a Young-modult. Mivel a hab nagyrészt összenyomhatóan viselkedik, a keresztmetszet nem változik észrevehetően a deformáció során. Ennek megfelelően kiszámítható a mintára ható feszültség; ezt mindig a következőképpen fejezzük ki:
σ = F/A0
Itt F az erő és A0 a névleges kezdeti keresztmetszet.
Mivel a minta hossza jelentősen változik, a dinamikus feszültséget mindig a minta aktuális hosszára kell vonatkoztatni, azaz,
ε = ΔL/Lm
δL alakváltozással és a minta aktuális hosszával Lm. Ebből adódik a modulus számításához szükséges geometriai tényező, mint Lm / A0.
Ez a tényező általában összenyomható anyagokra érvényes, és közvetlenül kiválasztható a Eplexor® szoftverben.
A statikus vizsgálatok során a teljes deformáció hiszterézise alapján jellemezhető a hab csillapítási viselkedése. A DMA pontosabb jellemzést tesz lehetővé, mivel a helyi csillapítás minden egyes statikus terhelésre meghatározható. Világossá válik, hogy a hab csak alacsony csillapítási képességgel rendelkezik a small deformációk tartományában. A csillapítás (itt tan δ) a plató tartományban viszonylag állandó marad, majd a kompressziós tartományban ismét növekszik. Így a DMA lehetővé teszi a csillapítási kapacitás helyes meghatározását terhelt állapotban.
A nemlineáris anyagviselkedés teljesen analóg a dinamikus rezgési lengés amplitúdójának növelésekor. Az 5. ábra egy dinamikus rezgési ciklus (10%-os dinamikus nyúlási amplitúdóval) megfelelő hiszterézisét mutatja különböző statikus nyúlási szintek mellett. A Young-modulus ismét a feszültség-alakváltozás diagram meredekségéből adódik. Látható, hogy a merevség kezdetben csökken a small statikus feszültségek tartományában (degresszív merevség), majd a large feszültségek alatt ismét nő (progresszív merevség). A large dinamikus amplitúdóknál ez a viselkedés a hiszterézis deformációjában is megmutatkozik. A csillapítás növekedése a statikus előfeszítéssel a hiszterézis large területén is megfigyelhető.
Hőmérsékleti viselkedés
A mechanikai nemlineáris anyagviselkedés mérése mellett a DMA Gabo Eplexor® különösen lehetővé teszi a termomechanikai elemzés elvégzését is. Így a korábban elvégzett elemzések magas hőmérsékleten vagy fagypont alatti hőmérsékleten is elvégezhetők. A termikus jellemzés többnyire a small amplitúdók lineáris tartományában történik. A hab erős szigetelő hatása miatt alacsony, 2 K/perc fűtési sebességet választottunk.
A közvetlen hőmérsékleti viselkedés mellett gyakran érdekesek a méréssel közvetlenül nem elérhető frekvenciákon mért anyagi tulajdonságok is. Ez vonatkozik például a habok akusztikai csillapításra való felhasználására. Itt az idő-hőmérséklet szuperpozíciós módszer alkalmazható a mestergörbék előállítására. Ez lehetővé teszi az anyag viselkedésére vonatkozó következtetések levonását sokkal magasabb frekvenciákon is.
Összefoglaló
A DMA Gabo Eplexor® 500 N elegendő erőtartalékot kínál a habok méréséhez, így a nemlineáris és időfüggő mechanikai viselkedés jellemezhető. A feszültség-nyúlás diagram által szolgáltatott információkon túl a DMA a merevség és a csillapítás meghatározására is alkalmazható a tömörített állapotban. A DMA-val továbbá egyetlen műszerrel meghatározható a hőmérsékleti viselkedés és a mestergörbe-technika segítségével a Young-modul nagy frekvenciákon is. Ez lehetővé teszi a habok jellemzését a legkülönbözőbb alkalmazási forgatókönyvekhez.