Introduzione
I materiali elastomerici sono impiegati in quasi tutti i settori tecnici grazie alla loro elevata elasticità. Una proprietà essenziale dei materiali elastomerici è la capacità di immagazzinare energia di deformazione e di restituirla all'intero sistema, quando necessario. Una misura di questa proprietà è costituita dalle forze di ripristino intrinseche al materiale, che - a seconda del sistema - possono essere generate dall'energia immagazzinata e possono facilmente raggiungere il 90% o più dell'energia immagazzinata. Questa "preziosa" proprietà è però limitata a un ristretto intervallo di temperatura che definisce le temperature di esercizio e di lavoro per la rispettiva applicazione. Per questo motivo, il comportamento in temperatura dei materiali elastomerici è di fondamentale importanza.
Per registrare il comportamento termico dei materiali elastomerici si utilizzano i cosiddetti sweep di temperatura, che possono essere generalmente parametrizzati a diverse velocità di riscaldamento. Un'elevata velocità di riscaldamento di 5°C/min, ad esempio, è preferibile a una velocità di riscaldamento di 1°C/min, in quanto il risultato viene fornito in un tempo più breve e i test sono quindi più rapidi ed economici. Tuttavia, si pone il problema di come valutare i risultati per le diverse velocità di riscaldamento.
La presente nota applicativa affronta questo problema ed esamina la dipendenza dalla velocità di riscaldamento della serie DMA GABO Eplexor®.
Condizioni di misura
Sono stati eseguiti quattro sweep di temperatura su campioni della stessa mescola di gomma da -80°C a 20°C a velocità di riscaldamento di 1, 2, 3 e 5°C/min con il DMA GABO Eplexor® 500 N (figura 1).
Introduzione
La temperatura di esercizio inferiore dei materiali elastomerici è limitata dalla temperatura di transizione vetrosa,Tg. LaTg caratterizza la temperatura alla quale i materiali elastomerici passano da uno stato duro e relativamente fragile a uno stato elastico simile alla gomma. In pratica, laTg è definita come il massimo del fattore di perdita tanδ. La figura 1 mostra la dipendenza dellaTg dalla velocità di riscaldamento.
La figura 2 mostra che laTg si sposta verso temperature più elevate con tassi di riscaldamento più alti. Per uno sweep di temperatura, laTg ammonta a -42,3°C con una velocità di riscaldamento di 1 °C/min e a -41,4°C con una velocità di riscaldamento di 5 °C/min. Ciò corrisponde a una variazione posizionale dellaTg di circa 1°C. Il massimo del fattore di perdita, tanδ, è cambiato di 0,01 al massimo. Questa osservazione può essere illustrata dalla scarsa conducibilità termica della maggior parte delle materie plastiche. Ciò provoca uno spostamento degli effetti di transizione specifici del materiale, come i massimi di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento o le temperature di transizione vetrosa, verso temperature più elevate (nel caso di tassi di riscaldamento positivi) o verso temperature più basse (nel caso di tassi di raffreddamento negativi). Una velocità di riscaldamento più elevata porta a "effetti di trascinamento" e il campione rimane indietro rispetto alla temperatura del forno. Una velocità di riscaldamento di 1°C/min rifletterà quindi correttamente gli effetti specifici del campione, mentre una velocità di riscaldamento elevata causerà uno spostamento di questi effetti sulla scala della temperatura.
Sintesi
Questi spostamenti minimi della posizione dellaTge del massimo del fattore di perdita, tanδ, in seguito alle diverse velocità di riscaldamento sono dovuti a un'ottima distribuzione della temperatura all'interno della serie DMA GABO Eplexor®, ottenuta grazie all'utilizzo di una ventola nella camera di misura. Una conseguenza diretta di questi risultati è la riduzione del tempo di misura necessario per gli sweep di temperatura grazie all'uso di velocità di riscaldamento più elevate, ad esempio 5°C/min invece di 1°C/min. Un prerequisito per questo è la conoscenza della dipendenza dalla velocità di riscaldamento dellaTg dei materiali testati.