Inleiding
Bij het analyseren van afdichtingen of pakkingen is een snelle dynamische respons die direct gerelateerd is aan hun dynamisch-mechanische materiaaleigenschappen van primair belang. Als er "lekkage" optreedt, zijn de herstelkrachten meestal niet sterk genoeg. Helaas zijn deze eigenschappen afhankelijk van de temperatuur en natuurlijk van de toegepaste frequentie. DMTA biedt een krachtige manier om deze bezwijkgrenzen te analyseren door dynamische reksweeps uit te voeren onder verschillende belastingscondities zoals voorspanning, frequentie of temperatuur. Ideaal voor dergelijke metingen is de Eplexor® 500 N van NETZSCH GABO Instruments (afbeelding 1).
Het volgende voorbeeld illustreert de situatie in meer detail:
- Statische vervorming van ongeveer 20%
- Frequentie van 10 Hz
- Hoge herstelkracht vereist
- Lage demping, bijv. hoge elasticiteit vereist
Een O-ring (zie figuur 2) met een buitendiameter van 10 mm en een ringdikte van 1 mm werd belast met een statische vervorming van ongeveer 20% van de dikte. In een tweede stap werd een mechanische oscillatie met een dynamische vervorming met amplitudes tussen 1% en 10% van de dikte gesuperponeerd. De testfrequentie was 10 Hz. Tijdens de eerste helft van de oscillatieperiode werd de pakking samengedrukt, terwijl tijdens de tweede helft de pakking werd losgelaten. Idealiter zou een O-ring "snel genoeg" moeten reageren en de door de TrillingEen mechanisch proces van oscillatie wordt trilling genoemd. Vibratie is een mechanisch fenomeen waarbij oscillaties optreden rond een evenwichtspunt. In veel gevallen zijn trillingen ongewenst, verspillen ze energie en maken ze ongewenst geluid. De trillingsbewegingen van motoren, elektromotoren of elk mechanisch apparaat dat in werking is, zijn bijvoorbeeld meestal ongewenst. Zulke trillingen kunnen worden veroorzaakt door onbalans in de roterende onderdelen, ongelijke wrijving of het in elkaar grijpen van tandwieltanden. Zorgvuldige ontwerpen minimaliseren meestal ongewenste trillingen.trilling geïnduceerde beweging moeten volgen, zelfs in de tweede helft tijdens de loslaatprocedure.
Voor een perfecte afdichting is het noodzakelijk dat er geen "spleet" ontstaat tussen de O-ring en de mechanische tegenhanger.
De O-ring kan hieraan voldoen als de demping (tanδ) vrij laag is en er voldoende energie elastisch wordt opgeslagen (= hoge Elasticiteit en elasticiteitsmodulusRubberelasticiteit of entropie-elasticiteit beschrijft de weerstand van een rubber- of elastomeersysteem tegen een extern toegepaste vervorming of rek. opslagmodulus).
Als de demping te hoog is (zelfs bij een acceptabel niveau van de modulus), kan de O-ring de beweging niet volgen en ontstaat er een "lek".
Figuur 3 toont de testresultaten voor twee elastomeercompounds. Monster 1 (blauw) heeft een hogere modulus dan monster 2 (rood). De tanδ van de twee materialen is min of meer identiek binnen een rekbereik van 0,01% tot 0,1%.
Het lijkt erop dat materiaal 1 veel betere dynamische pakkingeigenschappen biedt als de toepassing beperkt blijft tot small vervormingen.
De mechanische eigenschappen van beide materialen veranderen echter drastisch bij hogere vervormingen (tussen 1% en 10% dynamische vervormingsamplitude).
Hoewel de moduli bij 10% dynamische vervormingsamplitude niet zo ver van elkaar af liggen, is de tanδ waarde van monster 1 (blauw) bij dezelfde vervorming ruwweg 50% hoger dan de tanδ waarde van monster 2 (rood). Dit betekent dat de energieverliezen veel groter zijn. De dynamische herstellende eigenschappen van proefstuk 1 (blauw) verslechteren aanzienlijk met toenemende dynamische rek. Bijgevolg kan lekkage optreden. Rekening houdend met deze overwegingen zou monster 2 het geprefereerde materiaal zijn voor gebruik in een afdichtingstoepassing.
Conclusie
De Eplexor® 500 N biedt de mogelijkheid om onderdelen met verschillende samenstellingen direct te vergelijken en geeft inzicht in het gedrag van een materiaal. Het is daarom niet alleen voordelig bij kwaliteitscontrole, maar ook bij onderzoeks- en ontwikkelingstaken. In het geval van afdichtingen en pakkingen is het mogelijk om het dempingsgedrag bij hoge vervormingen te meten.