소개
동적 열 축적 테스트는 엘라스토머의 열적 특성을 더 잘 이해할 수 있도록 도와줍니다. 이러한 테스트는 일정한 하중, 30Hz의 주파수 및 수 mm의 변형 진폭을 적용하여 수행됩니다(DIN 53 533 및 ASTM D623-99에 따름). 이러한 테스트 조건으로 인해 내부 마찰이 발생하고, 이로 인해 에너지가 소실되어 시료 온도가 상승합니다. 또한 샘플은 변형(열 세트)을 겪게 됩니다. 열 축적 테스트는 사용 중 높은 압축 응력을 받는 타이어/고무와 관련이 있습니다. 이러한 실험을 수행할 수 있는 장비는 GABOMETER®, Eplexor® 시스템을 수정한 것입니다. 이 장비는 기존 굿리치 플렉소미터의 모든 기능을 제공하고 E 계수 및 감쇠(tanδ )와 같은 기계적 재료 데이터를 추가로 수집하기 때문에 보다 범용적인 플렉소미터로 작동합니다.
A) 측정 결과의 반복성
서로 다른 시료 배치 간에 발생할 수 있는 재료 구성의 차이를 구별해야 하므로, 굴곡계 테스트 결과의 높은 반복성이 필수적입니다. 그림 1은 동일한 배치의 두 샘플에 대한 GABOMETER® 시스템의 반복성 테스트를 보여줍니다.
여기에서는 두 개의 테스트 시편(동일한 배치 - 압축 하중용 원통형 시편)을 동일한 하중 조건에서 독립적으로 테스트했습니다. 열 축적은 예를 들어 중앙과 표면에서 서로 다른 온도를 초래합니다. 시료 중앙의 온도 측정에는 그림 3에 표시된 것처럼 바늘 모양의 열전대를 사용했습니다.
표면 온도 측정은 열적으로 격리된 상부 열 축적 홀더에 내장된 열전대를 통해 시료의 상부 표면에서 수행됩니다. 탄δ(재료 감쇠) 측정도 뛰어난 반복성을 보여줍니다.
B) 추가 온도 센서 사용의 이점 (니들 써모커플)
오늘날 열 축적 테스트는 일반적으로 굿리치 플렉소미터로 수행됩니다. 그러나 기존 플렉소미터는 해상도 및 재현성 문제가 있습니다. Eplexor® 설계의 모듈성에는 열 축적 테스트를 수행할 수 있는 구성이 포함되어 있습니다. GABOMETER® 은 이러한 HBU 테스트 전용의 가장 경제적인 솔루션 중 하나입니다. 시료 중앙의 온도를 측정하기 위한 바늘 모양의 열전대를 추가하면 숨겨져 있던 재료 정보를 실험에 추가할 수 있습니다.
표면 온도 측정은 ASTM D623에서 요구하지만, 이것만으로는 시간에 따른 온도 상승 측면에서 두 시료를 항상 구별할 수 있는 것은 아닙니다(그림 2 - 표면 온도 참조). 추가 바늘형 온도 센서는 시료의 중심부 온도를 보다 정확하게 알려줍니다. 중심부의 온도는 외부 표면의 에너지 손실의 영향을 가장 적게 받는 온도입니다. 따라서 열 축적 효과로 인한 온도 차이를 파악하는 데 더 민감합니다. 샘플 A와 B 사이의 에너지 손실 차이는 온도 차이를 초래하며, 이는 중심부에서 가장 두드러지게 나타납니다. 예시(그림 2)와 같이 화합물 A와 B를 구별할 수 있는 것은 바로 코어 온도 측정입니다.
하지만 이 차이가 발생하는 이유는 무엇일까요?
시료 A와 B의 기본 화합물은 동일하지만 함유된 카본 블랙의 종류가 다릅니다. 샘플 A의 카본 블랙은 열전도율이 더 높기 때문에 표면에 더 많은 열 손실을 일으킵니다. 그 결과, 열전도율이 낮은 B보다 A의 코어 온도가 더 낮아지고 열 손실이 감소하여 고무 컴파운드의 수명 주기가 향상됩니다.
C) 탄δ 기록의 이점
그림 4는 열 축적 테스트의 또 다른 예를 보여줍니다. 이 테스트에서는 매우 다른 화합물 A와 C를 비교했습니다. 샘플 A는 샘플 C의 해당 온도보다 약 20°C 더 높은 열 축적을 나타냅니다.
따라서 폴리머의 감쇠 특성(tanδ)도 상당히 다릅니다. 화합물 C는 화합물 A보다 훨씬 낮은 기계적 감쇠를 보였습니다. 화합물 C는 기계적 감쇠 손실(tanδ)이 낮기 때문에 재료 A보다 동적 변형을 더 잘 따라갈 수 있습니다.
결론
Eplexor® 2000 N 또는 4000 N 시스템과 범용 GABOMETER® 2000 N 및 4000 N 굴곡계는 테스트에서 기존 굿리치 굴곡계를 대체할 수 있으며 사용자에게 추가적인 이점을 제공합니다. 코어 온도 측정을 위한 니들 열전대 옵션은 열 축적 효과를 감지하는 시스템의 감도를 크게 향상시키고 재료의 특성에 대한 향상된 그림을 제공할 수 있습니다. 열 축적 효과 측면에서 서로 구별할 수 없는 재료도 바늘을 사용하면 확실하게 구별할 수 있습니다.
반면 ASTM D623에 따라 표면 온도만 사용할 때는 훨씬 적은 정보만 얻을 수 있습니다.
모듈식 설계 덕분에 GABOMETER® 시스템을 업그레이드하여 점탄성 재료 특성을 측정하거나 완전한 DMTA 기능을 확보할 수 있습니다. 이러한 개조는 필요에 따라 설치 후 언제든지 수행할 수 있습니다.