09.12.2025 by Sascha Riegler
Hoe dynamische mechanische analyse met hoge kracht helpt om echt materiaalgedrag te begrijpen
Rubbercomponenten die worden gebruikt in de ruimtevaart, mijnbouw, defensie en motorsport worden blootgesteld aan extreme mechanische belastingen in de praktijk - veel meer dan wat standaardtests kunnen reproduceren. High-Force DMA maakt het mogelijk om deze belastingen te meten en te simuleren, waardoor kritisch gedrag zoals warmteontwikkeling, vermoeidheid en de Payne- en Mullins-effecten aan het licht komen. Met geavanceerde testtechnologie kunnen fabrikanten de prestaties beter voorspellen, defecten voorkomen en veiligere rubbermaterialen ontwerpen die langer meegaan.
Het gedrag van rubber onder zware belasting
Of het nu gaat om vliegtuigbanden, transportbanden voor mijnen, pads voor militaire circuits of Formule 1-racebanden - rubber wordt vaak blootgesteld aan extreme mechanische spanning. Maar hoe gedraagt dit complexe materiaal zich onder echte omstandigheden? En hoe kunnen fabrikanten deze belastingen betrouwbaar testen en simuleren? Dit is waar High-Force Dynamic Mechanical Analysis (DMA) door NETZSCH essentieel wordt.
Waarom krachtige DMA?
DMA is een niet-destructieve testmethode die gebruikt wordt om het dynamisch mechanisch gedrag van visco-elastische vaste stoffen te analyseren. Hoewel conventionele DMA's geschikt zijn voor small monsters en lineaire visco-elastische testen, bereiken ze hun grenzen wanneer materialen worden blootgesteld aan hoge krachten, hoge frequenties of large vervormingen - allemaal veel voorkomend in echte toepassingen.
NETZSCH biedt hoge-kracht DMA instrumenten zoals de DMA 503 Eplexor® en DMA 523 Eplexor®, die statische krachten tot 6000 N en dynamische krachten tot 4000 N kunnen uitoefenen. Deze systemen maken het mogelijk om large monsters te testen en realistische belastingsomstandigheden te simuleren - van heavy-duty banden tot trillingsdempers.
Ontdek het NETZSCH assortiment krachtige DMA-producten
Warmteopbouw en blow-out - Elastomeren tot het uiterste drijven
Een van de grootste uitdagingen bij het testen van rubber is warmteaccumulatie onder cyclische belasting. Elastomeren hebben een slechte warmtegeleiding. Bij hoge dynamische belasting wordt meer warmte gegenereerd dan kan worden afgevoerd, wat leidt tot interne temperatuurstijgingen - een fenomeen dat bekend staat als Heat Build-Up (HBU).
Blow-Out testen gaan nog een stap verder: het monster wordt dynamisch belast totdat het bezwijkt. Met High-Force DMA is het mogelijk om niet alleen temperatuurstijgingen te meten, maar ook de visco-elastische eigenschappen zoals Elasticiteit en elasticiteitsmodulusRubberelasticiteit of entropie-elasticiteit beschrijft de weerstand van een rubber- of elastomeersysteem tegen een extern toegepaste vervorming of rek. opslagmodulus, Viskeuze modulusDe complexe modulus (viskeuze component), verliesmodulus of G'', is het "imaginaire" deel van de totale complexe modulus van het monster. Deze viskeuze component geeft de vloeistofachtige, of uit fase, respons van het te meten monster aan. verliesmodulus en dempingsgedrag (tan δ) - allemaal in één test.
Een praktijkvoorbeeld toonde aan dat terwijl een oppervlaktethermokoppel slechts een temperatuurstijging van 20°C mat, de inwendige temperatuur - gemeten met een naaldthermokoppel - tot 70°C steeg. Dergelijke inzichten zijn cruciaal, omdat inwendige oververhitting kan leiden tot holtevorming, scheurgroei en uiteindelijk catastrofaal falen.
Het Payne-effectHet Payne-effect is de afname van een gevuld, gekruist-linked elastomeersysteem met toenemende vervormingsamplitude.Payne-effect - wanneer rubber zachter wordt door beweging
Het Payne-effectHet Payne-effect is de afname van een gevuld, gekruist-linked elastomeersysteem met toenemende vervormingsamplitude.Payne-effect beschrijft de afname in stijfheid (Elasticiteit en elasticiteitsmodulusRubberelasticiteit of entropie-elasticiteit beschrijft de weerstand van een rubber- of elastomeersysteem tegen een extern toegepaste vervorming of rek. opslagmodulus) van gevulde elastomeren bij toenemende dynamische rek. Dit effect wordt relevant wanneer rubberen onderdelen zoals banden, ruitenwissers of trillingsdempers herhaaldelijk worden vervormd.
Met behulp van de NETZSCH DMA 503 Eplexor® toonde een belastingstest aan hoe de Elasticiteit en elasticiteitsmodulusRubberelasticiteit of entropie-elasticiteit beschrijft de weerstand van een rubber- of elastomeersysteem tegen een extern toegepaste vervorming of rek. opslagmodulus constant bleef in het lineaire visco-elastische gebied en vervolgens aanzienlijk daalde - met bijna twee derde - zodra het niet-lineaire gedrag begon. De verliesfactor (tan δ) steeg aanvankelijk, bereikte een piek toen de interne vulnetwerken het meest beschadigd waren en daalde daarna weer.
Wanneer de dynamische rek werd verminderd, keerde het materiaal niet terug naar zijn oorspronkelijke staat. In plaats daarvan vertoonde het hysterese: gedeeltelijk herstel, maar geen volledig herstel. Dit bewijst dat het Payne-effectHet Payne-effect is de afname van een gevuld, gekruist-linked elastomeersysteem met toenemende vervormingsamplitude.Payne-effect slechts gedeeltelijk omkeerbaar is op korte termijn - voor volledig herstel zijn langere rustperioden nodig als de vulstof-vulstofverbindingen opnieuw samenklonteren.
Mullins-effect - onomkeerbare verzachting
Terwijl het Payne-effectHet Payne-effect is de afname van een gevuld, gekruist-linked elastomeersysteem met toenemende vervormingsamplitude.Payne-effect na verloop van tijd omkeerbaar is, beschrijft het Mullins-effect een permanente verweking van een gevuld elastomeer na herhaaldelijk laden en ontladen onder quasi-statische omstandigheden.
Dit effect speelt een cruciale rol in toepassingen zoals:
- Inbreekgedrag van banden
- Langdurige afdichtingsprestaties van O-ringen
- Veranderingen in de dempingsprestaties van trillingsdempers
DMA-testen met hoge kracht tonen aan dat na een eerste belastingscyclus, de daaropvolgende spanning-rekcurves zachtere paden volgen. Dit wijst op onomkeerbare structurele veranderingen, waaronder schade aan polymeer-vulstofbindingen en herschikking van polymeerketens. Het verschil tussen de oorspronkelijke en daaropvolgende spanning-rek krommen staat bekend als Mullins-schade - een belangrijke parameter voor voorspellende modellering en materiaalsimulaties.
Laatste gedachten
Rubber is een zeer veelzijdig maar complex materiaal. Het gedrag onder spanning bestaat uit een combinatie van mechanische, thermische en microstructurele effecten die allemaal tegelijkertijd op elkaar inwerken. Om deze te begrijpen zijn geavanceerde testtechnieken nodig.
High Force DMA-systemen van NETZSCH Analyzing & Testing stellen ingenieurs en onderzoekers in staat om reële belastingsomstandigheden te simuleren en kritische gegevens vast te leggen over vermoeiing, warmteontwikkeling, dempingsprestaties en microstructurele veranderingen.
Zoals de beroemde Formule 1-ontwerper Adrian Newey ooit zei:
"Deze stukjes rubber die feitelijk grip overbrengen op het asfalt worden waarschijnlijk het minst goed begrepen - en toch zijn ze het meest cruciaal."
Op NETZSCH hebben we misschien niet alle antwoorden, maar we bieden wel de hulpmiddelen om het testen van materialen - en het begrijpen van rubber - een stap verder te brengen.
Wilt u meer weten over DMA en testoplossingen met hoge kracht? Neem gerust contact met ons op!
Lokaal contact
Bekijk deze webinars voor meer informatie:
Deel dit artikel: