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DMTAによるシールとガスケットの粘弾性挙動の調査

はじめに

シールやガスケットを解析する場合、その動的機械的材料特性に直接関係する高速な動的弾性測定が最大の関心事となる。一般的に "漏れ "が発生した場合、復元力は十分に強くありません。残念ながら、これらの特性は温度に依存し、もちろん印加周波数にも依存します。DMTAは、予荷重、周波数、温度などの異なる荷重条件下で実行される動的ひずみスイープを適用することにより、これらの破壊限界を解析する強力な手段を提供します。このような測定に最適なのが、NETZSCH GABO Instruments社のEplexor® 500 Nです(図1)。

EPLEXOR 500 Nは、研究室での材料性能分析用に設計された、車輪付きテーブル上の堅牢な試験機。
1)Eplexor® 500 N

次の例は、この状況をより詳細に示している:

  • 約20%の静的変形
  • 周波数10Hz
  • 高荷重が必要
  • 低い減衰、例えば高い弾性が必要

外径10 mm、厚さ1 mmのOリング(図2参照)に、厚さの約20%の静的予歪応力を加えました。第二段階として、厚みの1%から10%の振幅を持つ動的変形を伴う機械的振動を加えました。試験周波数は10Hzであった。振動の前半ではガスケットは圧縮され、後半ではガスケットは解放された。理想的には、Oリングは "十分に速く "反応し、解放の手順の間の後半でさえも、振動によって誘発された動きに追従すべきである。

黒色エラストマーOリングの詰め合わせで、様々な用途でシールや絶縁に使用される。
2) エラストマーコンパウンド製Oリング

完璧なシール性を確保するためには、Oリングと機械的な相手との間に「隙間」が生じないことが不可欠です。

O-リングは、減衰(tanδ)が非常に小さく、十分なエネルギーが弾性的に貯蔵されている(=貯蔵弾性率が高い)場合に、これを満たすことができます。

ダンピングが高すぎる場合(弾性率が許容範囲内であっても)、Oリングは動きに追従できず、結果として「漏れ」が発生します。

図3は、2種類のエラストマーコンパウンドの試験結果を示しています。試料1(青)は試料2(赤)よりも高い弾性率を示しています。2つの材料のtanδは、0.01%から0.1%のひずみ範囲内でほぼ同じです。

small の変形のみに限定した場合、材料 1 の方が動的ガスケット特性がはるかに優れているように見えます。

しかし、両材料の機械的特性は、より大きな変形(動的ひずみ振幅が1%から10%の間)で劇的に変化する。

圧縮モードにおける2種類のエラストマーコンパウンドを比較した試験結果。複素弾性率と減衰挙動を示す。
3) 2種類のエラストマーコンパウンドの試験結果(圧縮モードで測定

動的ひずみ振幅10%での弾性率はそれほど離れていないが、試料1(青)のtanδ値は同じ変形で、試料2(赤)のtanδ値より約50%高い。これは、エネルギー損失がはるかに大きいことを意味する。試料1(青)の動的復元特性は、動的ひずみが大きくなるにつれて著しく悪化します。その結果、漏れが発生する可能性があります。これらの点を考慮すると、シーリング用途に使用する材料としては、試料2が好ましいでしょう。

結論

Eplexor® 500 Nは、組成の異なる部品を直接比較するオプションを提供し、材料の挙動を洞察します。そのため、品質管理だけでなく、研究開発にも有利です。シールやガスケットの場合、高変形時の減衰挙動を測定することが可能です。

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