Wprowadzenie
Materiały elastomerowe są stosowane w prawie wszystkich dziedzinach techniki ze względu na ich wysoką elastyczność. Istotną właściwością materiałów elastomerowych jest zdolność do magazynowania energii odkształcenia i uwalniania jej z powrotem do całego systemu, gdy jest to konieczne. Jedną z miar tej właściwości są wewnętrzne siły przywracające materiał, które - w zależności od systemu - mogą być generowane z przechowywanej energii i mogą z łatwością wynosić 90% lub więcej przechowywanej energii. Ta "cenna" właściwość jest jednak ograniczona do wąskiego zakresu temperatur, który definiuje temperatury robocze i robocze dla danego zastosowania. Z tego powodu zachowanie materiałów elastomerowych w temperaturze ma kluczowe znaczenie.
Tak zwane pomiary temperatury są wykorzystywane do rejestrowania zachowania termicznego materiałów elastomerowych, które można ogólnie sparametryzować przy różnych szybkościach ogrzewania. Na przykład wysoka szybkość ogrzewania 5°C/min jest lepsza niż szybkość ogrzewania 1°C/min, ponieważ wynik jest dostarczany w krótszym czasie, a zatem testowanie jest szybsze i bardziej opłacalne. Pojawia się jednak pytanie, jak ocenić wyniki dla różnych szybkości nagrzewania.
Niniejsza nota aplikacyjna odnosi się do tego pytania i analizuje zależność szybkości nagrzewania serii DMA GABO Eplexor®.
Warunki pomiaru
Przeprowadzono cztery pomiary temperatury próbek tej samej mieszanki gumowej w zakresie od -80°C do 20°C przy szybkości ogrzewania 1, 2, 3 i 5°C/min za pomocą urządzenia DMA GABO Eplexor® 500 N (rysunek 1).
Wprowadzenie
Dolna temperatura robocza materiałów elastomerowych jest ograniczona przez temperaturę zeszklenia, Tg. Tg charakteryzuje temperaturę, w której materiały elastomerowe zmieniają się ze stanu twardego i stosunkowo kruchego w stan elastyczny podobny do gumy. W praktyce Tg jest definiowana jako maksimum współczynnika strat tanδ. Zależność Tg od szybkości nagrzewania przedstawiono na rysunku 1.
Rysunek 2 pokazuje, że Tg przesuwa się do wyższych temperatur przy wyższych szybkościach ogrzewania. W przypadku przemiatania temperatury, Tg wynosi -42,3°C przy szybkości ogrzewania 1°C/min i -41,4°C przy szybkości ogrzewania 5°C/min. Odpowiada to zmianie położenia Tg o około 1°C. Maksymalny współczynnik strat, tanδ, zmienił się najwyżej o 0,01. Obserwację tę można zilustrować słabą przewodnością cieplną większości tworzyw sztucznych. Powoduje to przesunięcie specyficznych dla materiału efektów przejściowych, takich jak maksima relaksacji lub temperatury zeszklenia, do wyższych temperatur (w przypadku dodatnich szybkości ogrzewania) lub do niższych temperatur (w przypadku ujemnych szybkości chłodzenia). Wyższa szybkość ogrzewania prowadzi do "efektu przeciągania", a próbka pozostaje w tyle za temperaturą pieca. Szybkość ogrzewania 1°C/min będzie zatem prawidłowo odzwierciedlać efekty specyficzne dla próbki, podczas gdy wysoka szybkość ogrzewania spowoduje przesunięcie tych efektów na skali temperatury.
Podsumowanie
Te minimalne przesunięcia pozycji Tgi maksimum współczynnika strat, tanδ, w wyniku różnych szybkości ogrzewania wynikają z bardzo dobrego rozkładu temperatury wewnątrz serii DMA GABO Eplexor®, osiągniętego dzięki zastosowaniu wentylatora w komorze pomiarowej. Bezpośrednią konsekwencją tych ustaleń jest skrócenie czasu pomiaru potrzebnego do zmiany temperatury poprzez zastosowanie wyższych szybkości ogrzewania, na przykład 5°C/min zamiast, na przykład, 1°C/min. Warunkiem wstępnym jest znajomość zależności Tg badanych materiałów od szybkości nagrzewania.