Czym są elastomery techniczne?

Elastomery techniczne charakteryzują się doskonałą elastycznością. Mogą być wielokrotnie odkształcane i powracać do niemal pierwotnej długości po odciążeniu mechanicznym. W zależności od typu, elastomery techniczne mogą skutecznie magazynować lub rozpraszać, tj. przekształcać, energię mechaniczną. Dlatego są one wykorzystywane w wielu zastosowaniach związanych z kontrolą drgań, takich jak opony, pochłaniacze drgań w pojazdach silnikowych i szynowych, taśmy przenośnikowe, uszczelki, węże itp.

Zachowanie lepkosprężyste

Elastomery techniczne mogą być obciążane statycznie lub dynamicznie, bądź też jednocześnie. W przypadku obciążenia statycznego, NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie jest stałe w czasie i często współmierne do masy własnej. Obciążenie dynamiczne jest natomiast funkcją czasu i jest narzucane zewnętrznie (pasywne) lub definiowane przez napęd (aktywne). Obciążenia dynamiczne są powodowane na przykład przez czynniki zewnętrzne, takie jak trzęsienia ziemi, fale morskie lub silne wiatry. Występują one również w large wielu systemach technicznych w wyniku okresowo poruszających się mas. Właściwości lepkosprężyste kompozytów elastomerowych w różnych temperaturach i częstotliwościach są określane za pomocą analizy dynamiczno-mechanicznej (DMA). Systemy DMA są przeznaczone do kontroli jakości, materiałów, a także uwalniania produktów i rozwoju materiałów. W przypadku obciążeń statyczno-dynamicznych najpierw ustawiane są obciążenia statyczne, a następnie dla każdego obciążenia statycznego zmieniane jest NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie dynamiczne. W ten sposób próbka jest poddawana sinusoidalnie zmieniającemu się obciążeniu mechanicznemu o stałej częstotliwości i stałej amplitudzie.

DMA GABO Eplexor^® - 2 niezależne napędy

Główną cechą systemów DMA GABO Eplexor^® jest niezależne generowanie/ustawianie obciążeń statycznych i dynamicznych. Statyczne 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 jest generowane przez serwomotor i wprowadzane do próbki za pośrednictwem przetwornika siły i uchwytu próbki. Obciążenie dynamiczne jest generowane przez oscylator elektrodynamiczny i również przenoszone na próbkę. Chociaż użycie dwóch niezależnych napędów wymaga większego wysiłku technicznego, skutkuje to również znacznie większą elastycznością użytkowania.

Obciążenie statyczne i dynamiczne

W przeciwieństwie do eksperymentów ścinania, w testach rozciągania, ściskania i zginania bezwzględnie wymagane jest, aby statyczne 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 było większe niż NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie dynamiczne. Ograniczenie to wynika z faktu, że próbka rozciągana może ulec wyboczeniu pod wpływem zmiennych obciążeń rozciągających, jeśli amplituda obciążenia dynamicznego przekracza składową obciążenia statycznego. Zmienne obciążenia ciśnieniowe powodują tymczasową utratę kontaktu między próbką a uchwytem próbki. Prawidłowe testowanie bez artefaktów nie jest w tym przypadku możliwe.

"Zezwalanie na zmienne obciążenie"

W przypadku niektórych zastosowań, takich jak gumowe taśmy przenośnikowe, pasy napędowe lub łożyska gumowo-metalowe, odstępstwa od powyższej zasady - że statyczne 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 musi być wyższe niż rzeczywiste NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie dynamiczne - mogą wystąpić w praktyce, jeśli wyboczeniu lub podnoszeniu zapobiegają inne środki techniczne. Za pomocą parametru "Zezwalaj na NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie zmienne" można w razie potrzeby usunąć ograniczenie, że amplituda dynamiczna powinna być smallwiększa niż NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie statyczne. W tym trybie możliwe jest zatem również dokładne symulowanie sytuacji obciążenia w danym zastosowaniu (patrz rysunek 1). Dla takich warunków obciążenia, próbki, które są krótkie i grube są ogólnie zalecane, ponieważ nie mają tendencji do "wybrzuszania się", jak robią to długie, cienkie próbki.

Efekt Payne'a dla wulkanizatów SBR wypełnionych sadzą węglową

Rysunek 2 przedstawia przykładowy przebieg obciążenia dynamicznego przy naprężeniu rozciągającym dla próbki SBR wypełnionej sadzą. Pomiar przeprowadzono w temperaturze pokojowej i przy częstotliwości 10 Hz. W pierwszym teście amplituda odkształcenia dynamicznego została stopniowo zwiększona z 0,05% do 10% (niebieska krzywa); w drugim teście przeprowadzono to w odwrotnej kolejności, a amplituda dynamiczna została stopniowo zmniejszona z 10% z powrotem do początkowej amplitudy 0,05% (czerwona krzywa). Nie zastosowano tutaj statycznego naprężenia wstępnego. Moduł sprężystościModuł zespolony (składnik sprężysty), moduł magazynowania lub G', jest "rzeczywistą" częścią ogólnego modułu zespolonego próbki. Ten składnik sprężysty wskazuje na stałą lub fazową reakcję mierzonej próbki. Moduł sprężystości |E*| maleje wraz ze wzrostem amplitudy odkształcenia (rysunek 2, niebieska krzywa). Zależność modułu magazynowania od amplitudy odkształcenia dla wypełnionych elastomerów jest również znana jako Efekt Payne'aEfekt Payne'a polega na zmniejszeniu wypełnionego, usieciowanego układu elastomerowego wraz ze wzrostem amplitudy odkształcenia.efekt Payne'a.

Efekt Mullinsa

Przy malejącej amplitudzie odkształcenia (rysunek 2, czerwona krzywa), |E*| wzrasta, ale nie osiąga nachylenia "dziewiczej" krzywej (niebieska krzywa). Ten efekt zmiękczania przez rozciąganie jest znany jako Efekt MullinsaEfekt Mullinsa opisuje zjawisko typowe dla materiałów gumowych.efekt Mullinsa. Za to zachowanie odpowiedzialne są odwracalne i nieodwracalne zmiany w matrycy polimerowej, strukturze sieciowania i sieci wypełniacza podczas obciążenia. Niektóre przyczyny obejmują desorpcję zaadsorbowanych odcinków łańcucha z powierzchni wypełniacza, zerwanie punktów sieciowania i/lub rozpad aglomeracji wypełniacza pod wpływem naprężeń mechanicznych.

Podsumowanie

Elastyczność DMA GABO Eplexor^® dzięki niezależnym napędom pozwala na realizację szerokiej gamy warunków testowych z praktycznych zastosowań w warunkach laboratoryjnych, jak pokazano na powyższym przykładzie dynamicznej zmiany odkształcenia. Dowiedz się więcej o naszym urządzeniu DMA GABO Eplexor^® tutaj!