Wprowadzenie
Podczas analizy uszczelek, szybkie reakcje dynamiczne, które są bezpośrednio związane z ich dynamiczno-mechanicznymi właściwościami materiałowymi, są najważniejsze. Zazwyczaj, gdy dochodzi do "wycieku", siły przywracające nie są wystarczająco silne. Niestety, właściwości te zależą od temperatury i oczywiście od zastosowanej częstotliwości. DMTA zapewnia potężne środki do analizy tych granic uszkodzenia poprzez zastosowanie dynamicznych zmian odkształcenia wykonywanych w różnych warunkach obciążenia, takich jak NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie wstępne, częstotliwość lub temperatura. Do takich pomiarów idealnie nadaje się Eplexor® 500 N firmy NETZSCH GABO Instruments (rysunek 1).
Poniższy przykład ilustruje sytuację bardziej szczegółowo:
- Odkształcenie statyczne około 20%
- Częstotliwość 10 Hz
- Wymagana duża siła przywracająca
- Wymagane niskie tłumienie, np. wysoka elastyczność
O-ring (patrz rysunek 2) o średnicy zewnętrznej 10 mm i grubości 1 mm został poddany statycznemu odkształceniu wstępnemu wynoszącemu około 20% grubości. W drugim etapie nałożono oscylację mechaniczną z dynamicznym odkształceniem o amplitudzie od 1% do 10% grubości. Częstotliwość testu wynosiła 10 Hz. Podczas pierwszej połowy okresu oscylacji uszczelka była ściskana, natomiast podczas drugiej połowy uszczelka była rozluźniana. W idealnym przypadku O-ring powinien reagować "wystarczająco szybko" i podążać za ruchem wywołanym przez oscylację, nawet w drugiej połowie podczas procedury zwalniania.
Aby zapewnić doskonałe uszczelnienie, konieczne jest, aby między O-ringiem a jego mechanicznym odpowiednikiem nie występowała żadna "szczelina".
O-ring jest w stanie spełnić to zadanie, jeśli tłumienie (tanδ) jest dość niskie, a wystarczająca ilość energii jest przechowywana elastycznie (= wysoki Elastyczność i moduł sprężystościElastyczność gumy lub elastyczność entropijna opisuje odporność dowolnego układu gumy lub elastomeru na zewnętrznie przyłożone odkształcenie lub naprężenie. moduł magazynowania).
Jeśli tłumienie jest zbyt wysokie (nawet przy akceptowalnym poziomie modułu), O-ring nie może podążać za ruchem i w konsekwencji dochodzi do "wycieku".
Rysunek 3 przedstawia wyniki testu dla dwóch mieszanek elastomerowych. Próbka 1 (niebieska) wykazuje wyższy moduł niż próbka 2 (czerwona). Tanδ obu materiałów jest mniej więcej identyczny w zakresie odkształceń od 0,01% do 0,1%.
Wydaje się, że materiał 1 zapewnia znacznie lepsze właściwości dynamiczne uszczelki, jeśli zastosowanie jest ograniczone tylko do odkształceń small.
Jednak właściwości mechaniczne obu materiałów zmieniają się drastycznie przy wyższych odkształceniach (od 1% do 10% amplitudy odkształcenia dynamicznego).
Chociaż moduły przy 10% amplitudzie dynamicznego odkształcenia nie są od siebie tak odległe, wartość tanδ próbki 1 (niebieska) jest przy tym samym odkształceniu o około 50% wyższa niż wartość tanδ próbki 2 (czerwona). Oznacza to, że straty energii są znacznie wyższe. Właściwości dynamicznego przywracania próbki 1 (niebieskiej) znacznie się pogarszają wraz ze wzrostem odkształcenia dynamicznego. W konsekwencji może dojść do wycieku. Biorąc pod uwagę powyższe rozważania, próbka 2 byłaby preferowanym materiałem do zastosowań uszczelniających.
Wnioski
Eplexor® 500 N oferuje możliwość bezpośredniego porównania części o różnym składzie i daje wgląd w zachowanie materiału. Jest to zatem korzystne nie tylko w kontroli jakości, ale także w badaniacharch i zadaniach rozwojowych. W przypadku uszczelek możliwe jest zmierzenie tłumienia przy dużych odkształceniach.