Mik azok a műszaki elasztomerek?

A műszaki elasztomerek kiváló rugalmas viselkedéssel rendelkeznek. Ismételten deformálhatók, és mechanikai tehermentesítés után közel eredeti hosszukba térnek vissza. A műszaki elasztomerek típustól függően hatékonyan képesek mechanikai energiát tárolni vagy elvezetni, azaz átalakítani. Ezért használják őket számos rezgéscsillapítási alkalmazásban, például gumiabroncsokban, gépjárművek és vasúti járművek rezgéscsillapítóiban, szállítószalagokban, tömítésekben, tömlőkben stb.

Viszkoelasztikus viselkedés

A műszaki elasztomerek statikusan vagy dinamikusan, illetve mindkettő egyszerre terhelhető. Statikus terhelés esetén a terhelés időben állandó, és gyakran a saját súlyával arányos. A dinamikus terhelés azonban az idő függvénye, és vagy külsőleg kényszerített (passzív), vagy egy meghajtó által meghatározott (aktív). A dinamikus terhelést például olyan külső hatások okozzák, mint a földrengések, a tengeri hullámok vagy az erős szél. A large számos műszaki rendszerben is előfordulnak az időszakosan mozgó tömegek következtében. Az elasztomer kompozitok viszkoelasztikus tulajdonságait különböző hőmérsékleteken és frekvenciákon dinamikai mechanikai elemzéssel (DMA) határozzák meg. A DMA-rendszereket minőségellenőrzésre, anyag-, valamint termékkibocsátásra és anyagfejlesztésre tervezték. A statikus-dinamikus terheléseknél először a statikus terhelést állítják be, majd minden egyes statikus terheléshez a dinamikus terhelést változtatják. Ezáltal a mintát állandó frekvenciájú és állandó amplitúdójú, szinuszosan változó mechanikai terhelésnek teszik ki.

DMA GABO Eplexor^® - 2 független meghajtó

A DMA GABO Eplexor^® rendszerek fő jellemzője a statikus és dinamikus terhelések független generálása/beállítása. A statikus előfeszítést egy szervomotor generálja, és az erőátalakítón és a mintatartón keresztül juttatja be a mintába. A dinamikus terhelést egy elektrodinamikus oszcillátor generálja, és szintén a mintába juttatja. Bár a két független meghajtó használata nagyobb műszaki erőfeszítést igényel, jelentősen nagyobb rugalmasságot is eredményez a használat során.

Statikus és dinamikus terhelés

A nyírási kísérletekkel ellentétben a húzó-, nyomó- és hajlítóterheléses vizsgálatoknál feltétlenül szükséges, hogy a statikus előfeszítés nagyobb legyen, mint a dinamikus terhelés. Ez a korlátozás annak a ténynek köszönhető, hogy egy húzóminta váltakozó húzóterhelés alatt meghajolhat, ha a dinamikus terhelés amplitúdója meghaladja a statikus terhelési komponenst. A váltakozó nyomóterhelés a minta és a mintatartó közötti kapcsolat átmeneti megszűnését eredményezi. Ebben az esetben nem lehetséges a helyes, artefaktumoktól mentes vizsgálat.

"Váltakozó terhelés engedélyezése"

Egyes alkalmazásoknál, mint például a gumiszállító szalagok, hajtásszíjak vagy gumi-fém csapágyak esetében a fenti szabálytól - miszerint a statikus előfeszítésnek nagyobbnak kell lennie, mint a tényleges dinamikus terhelésnek - a gyakorlatban eltérések fordulhatnak elő, ha a meghajlást vagy felemelkedést más műszaki intézkedésekkel megakadályozzák. A "Váltakozó terhelés engedélyezése" paraméter segítségével szükség esetén megszűnik az a korlátozás, hogy a dinamikus amplitúdónak kisebbnek kell lennie, mint a statikus terhelésnek. Ebben az üzemmódban tehát lehetőség van az adott alkalmazás terhelési helyzetének pontos szimulálására is (lásd az 1. ábrát). Ilyen terhelési körülményekhez általában rövid és vastag minták ajánlottak, mivel ezek nem hajlamosak "kidudorodni", mint a hosszú, vékony minták.

A szénfeketével töltött SBR vulkanizátumok Payne hatása

A 2. ábra egy példát mutat egy dinamikus terheléssöprésről húzófeszültség alatt egy korommal töltött SBR-mintára. A mérést szobahőmérsékleten és 10 Hz-es frekvencián végeztük. Az első vizsgálatban a dinamikus alakváltozás amplitúdóját 0,05%-ról 10%-ra növeltük fokozatosan (kék görbe); a második vizsgálatnál ezt fordítva végeztük el, és a dinamikus amplitúdót 10%-ról fokozatosan csökkentettük vissza a kezdeti 0,05%-os amplitúdóra (piros görbe). Statikus előfeszítést itt nem alkalmaztunk. A Rugalmassági modulusA komplex modulus (rugalmas komponens), tárolási modulus vagy G', a minták "valós" része a teljes komplex modulus. Ez a rugalmas komponens jelzi a mérendő minta szilárd, vagy fázisban lévő válaszát. rugalmassági modulus |E*| a deformációs amplitúdó növekedésével csökken (2. ábra, kék görbe). A tárolási modulusnak a deformációs amplitúdótól való függését a töltött elasztomerek esetében Payne-effektusnak is nevezik.

A Mullins-effektus

A deformációs amplitúdó csökkenésével (2. ábra, piros görbe) az |E*| növekszik, de nem éri el a "szűz" görbe meredekségét (kék görbe). A feszültséglágyulásnak ezt a hatását Mullins-hatásként ismerjük. A polimer mátrixban, a térhálós szerkezetben és a töltőanyag-hálózatban a terhelés során bekövetkező reverzibilis és irreverzibilis változások felelősek ezért a viselkedésért. Ennek néhány oka az adszorbeált láncszakaszok deszorpciója a töltőanyag felületéről, a térhálósodási pontok felszakadása és/vagy a töltőanyag-agglomeráció összeomlása a mechanikai feszültség hatására.

Összefoglaló

A DMA GABO Eplexor^® rugalmassága a független meghajtások révén lehetővé teszi a laboratóriumi gyakorlati alkalmazásokból származó vizsgálati feltételek széles skálájának megvalósítását, amint azt a fenti példa a dinamikus deformáció-változásra mutatja. Tudjon meg többet a DMA GABO Eplexor^® készülékünkről itt!