Wat zijn technische elastomeren?

Technische elastomeren hebben een uitstekend elastisch gedrag. Ze kunnen herhaaldelijk worden vervormd en na mechanische ontlasting terugkeren naar bijna hun oorspronkelijke lengte. Afhankelijk van het type kunnen technische elastomeren mechanische energie effectief opslaan of afvoeren, d.w.z. transformeren. Daarom worden ze gebruikt in veel toepassingen voor trillingsbeheersing, zoals in banden, trillingsdempers in motor- en spoorvoertuigen, transportbanden, afdichtingen, slangen, enz.

Visco-elastisch gedrag

Technische elastomeren kunnen statisch of dynamisch of beide tegelijk worden belast. Bij een statische belasting is de belasting constant in de tijd en vaak evenredig met het eigen gewicht. De dynamische belasting is echter een functie van de tijd en wordt ofwel van buitenaf opgelegd (passief) of bepaald door een aandrijving (actief). Dynamische belastingen worden bijvoorbeeld veroorzaakt door externe invloeden zoals aardbevingen, zeegolven of sterke wind. Ze komen ook voor in een large aantal technische systemen als gevolg van periodiek bewegende massa's. De visco-elastische eigenschappen van elastomeercomposieten bij verschillende temperaturen en frequenties worden bepaald met behulp van dynamisch-mechanische analyse (DMA). DMA-systemen zijn ontworpen voor kwaliteitscontrole, materiaal- en productvrijgave en materiaalontwikkeling. Voor statisch-dynamische belastingen worden eerst de statische belastingen ingesteld en vervolgens wordt de dynamische belasting gevarieerd voor elke statische belasting. Op die manier wordt het monster onderworpen aan een sinusoïdaal veranderende mechanische belasting met constante frequentie en constante amplitude.

DMA Gabo Eplexor^® - 2 onafhankelijke aandrijvingen

Het belangrijkste kenmerk van de DMA Gabo Eplexor^® systemen is de onafhankelijke opwekking/instelling van statische en dynamische belastingen. De statische voorbelasting wordt opgewekt door een servomotor en op het monster overgebracht via de krachtopnemer en de monsterhouder. De dynamische belasting wordt opgewekt door een elektrodynamische oscillator en ook op het monster overgebracht. Hoewel het gebruik van twee onafhankelijke aandrijvingen een grotere technische inspanning vereist, resulteert het ook in een aanzienlijk hogere flexibiliteit in het gebruik.

Statische en dynamische belasting

In tegenstelling tot afschuivingsexperimenten is het bij trek-, druk- en buigbelastingstesten absoluut verplicht dat de statische voorbelasting hoger is dan de dynamische belasting. Deze beperking is te wijten aan het feit dat een trekproefstuk kan bezwijken onder wisselende trekbelastingen als de dynamische belastingsamplitude groter is dan de statische belastingscomponent. Wisselende drukbelastingen resulteren in een tijdelijk verlies van contact tussen het monster en de monsterhouder. Correct testen zonder artefacten is in dit geval niet mogelijk.

"Afwisselende belasting toestaan"

Voor sommige toepassingen, zoals rubberen transportbanden, aandrijfriemen of rubber-metaallagers, kan in de praktijk worden afgeweken van de bovenstaande regel - dat de statische voorbelasting groter moet zijn dan de werkelijke dynamische belasting - als knikken of heffen wordt voorkomen door andere technische maatregelen. Door middel van de parameter "Allow Alternating Load" wordt de beperking dat een dynamische amplitude kleiner moet zijn dan de statische belasting desgewenst opgeheven. In deze modus is het dus ook mogelijk om de belastingssituatie van de betreffende toepassing exact te simuleren (zie afbeelding 1). Voor dergelijke belastingsomstandigheden worden over het algemeen korte en dikke proefstukken aanbevolen, omdat deze niet de neiging hebben om "op te bollen" zoals lange, dunne proefstukken.

Payne Effect van Koolstof Zwart Gevulde SBR Vulcanisaten

Figuur 2 toont een voorbeeld van een dynamische belastingsmeting onder trekspanning voor een met carbon black gevuld SBR-monster. De meting werd uitgevoerd bij kamertemperatuur en een frequentie van 10 Hz. In de eerste test werd de dynamische vervormingsamplitude stapsgewijs verhoogd van 0,05% tot 10% (blauwe curve); voor de tweede test werd dit omgekeerd uitgevoerd en werd de dynamische amplitude stapsgewijs verlaagd van 10% terug naar de initiële amplitude van 0,05% (rode curve). Een statische voorbelasting werd hier niet toegepast. De elasticiteitsmodulus |E*| neemt af met toenemende vervormingsamplitude (figuur 2, blauwe curve). De afhankelijkheid van de elasticiteitsmodulus van de vervormingsamplitude voor gevulde elastomeren staat ook bekend als het Payne-effectHet Payne-effect is de afname van een gevuld, gekruist-linked elastomeersysteem met toenemende vervormingsamplitude.Payne-effect.

Het Mullins-effect

Met een afnemende vervormingsamplitude (figuur 2, rode curve) neemt |E*| toe, maar bereikt niet de helling van de "maagdelijke" curve (blauwe curve). Dit effect van spanningsverzachting staat bekend als het Mullins-effect. Omkeerbare en onomkeerbare veranderingen in de polymeermatrix, de crosslinkingstructuur en het vulstofnetwerk tijdens belasting zijn verantwoordelijk voor dit gedrag. Enkele oorzaken zijn desorptie van geadsorbeerde ketendelen van het vulstofoppervlak, breken van de crosslinkingpunten en/of instorten van de vulstofagglomeratie onder invloed van mechanische spanning.

Samenvatting

De flexibiliteit van de DMA Gabo Eplexor^® door zijn onafhankelijke aandrijvingen maakt het mogelijk om een grote verscheidenheid aan testcondities te realiseren van praktische toepassingen in een laboratoriumomgeving, zoals het bovenstaande voorbeeld van dynamische vervormingsvariatie laat zien. Lees hier meer over onze DMA Gabo Eplexor^®!