Introduzione
Quando si analizzano le tenute o le guarnizioni, è di primario interesse una risposta dinamica rapida, direttamente correlata alle proprietà dinamico-meccaniche dei materiali. In genere, se si verifica una "perdita", le forze di ripristino non sono sufficientemente forti. Purtroppo, queste proprietà dipendono dalla temperatura e, naturalmente, dalla frequenza applicata. Il DMTA fornisce un potente mezzo per analizzare questi limiti di rottura applicando sweep dinamici di deformazione eseguiti in diverse condizioni di carico, come precarico, frequenza o temperatura. L'ideale per queste misurazioni è lo strumento Eplexor® 500 N di NETZSCH GABO Instruments (figura 1).
L'esempio seguente illustra la situazione in modo più dettagliato:
- Deformazione statica del 20% circa
- Frequenza di 10 Hz
- È richiesta un'elevata forza di ripristino
- È richiesto un basso smorzamento, ad esempio un'elevata elasticità.
Un O-ring (vedi figura 2) con un diametro esterno di 10 mm e uno spessore di 1 mm è stato sollecitato con una deformazione statica di circa il 20% dello spessore. In una seconda fase, è stata sovrapposta un'oscillazione meccanica con una deformazione dinamica di ampiezza compresa tra l'1% e il 10% dello spessore. La frequenza di prova era di 10 Hz. Durante la prima metà del periodo di oscillazione, la guarnizione è stata compressa, mentre nella seconda metà è stata rilasciata. Idealmente, un O-ring dovrebbe reagire "abbastanza velocemente" e seguire il movimento indotto dall'oscillazione, anche nella seconda metà durante la procedura di rilascio.
Per garantire una tenuta perfetta, è indispensabile che non si crei un "vuoto" tra l'O-ring e la controparte meccanica.
L'O-ring è in grado di soddisfare questo requisito se lo smorzamento (tanδ) è piuttosto basso e se l'energia immagazzinata elasticamente è sufficiente (= Elasticità e modulo di elasticitàL'elasticità della gomma o elasticità dell'entropia descrive la resistenza di qualsiasi sistema di gomma o elastomero contro una deformazione o uno sforzo applicato dall'esterno. modulo di accumulo elevato).
Se lo smorzamento è troppo elevato (anche a un livello accettabile del modulo), l'O-ring non può seguire il movimento e di conseguenza si verifica una "perdita".
La Figura 3 mostra i risultati del test per due mescole di elastomero. Il campione 1 (blu) mostra un modulo più elevato rispetto al campione 2 (rosso). Il tanδ dei due materiali è più o meno identico in un intervallo di deformazione compreso tra lo 0,01% e lo 0,1%.
Sembrerebbe che il materiale 1 fornisca proprietà dinamiche della guarnizione molto migliori, se l'applicazione è limitata alle sole deformazioni small.
Tuttavia, le proprietà meccaniche di entrambi i materiali cambiano drasticamente a deformazioni più elevate (tra l'1% e il 10% di ampiezza di deformazione dinamica).
Sebbene i moduli al 10% di ampiezza di deformazione dinamica non siano molto distanti tra loro, il valore di tanδ del campione 1 (blu) è, alla stessa deformazione, circa il 50% più alto del valore di tanδ del campione 2 (rosso). Ciò significa che le perdite di energia sono molto più elevate. Le proprietà di ripristino dinamico del campione 1 (blu) peggiorano significativamente con l'aumento della deformazione dinamica. Di conseguenza, si possono verificare perdite. Tenendo conto di queste considerazioni, il campione 2 sarebbe il materiale da preferire per un'applicazione di tenuta.
Conclusione
Eplexor® 500 N offre la possibilità di confrontare direttamente pezzi con composizioni diverse e fornisce indicazioni sul comportamento di un materiale. È quindi vantaggioso non solo nel controllo qualità, ma anche nelle ricerchearch e nelle attività di sviluppo. Nel caso di tenute e guarnizioni, è possibile misurare il comportamento di smorzamento a deformazioni elevate.