Introdução
Os testes dinâmicos de acúmulo de calor proporcionam uma melhor compreensão das propriedades térmicas dos elastômeros. Esses testes são realizados com a aplicação de uma carga constante, uma frequência de 30 Hz e amplitudes de deformação de vários mm (de acordo com a DIN 53 533 e a ASTM D623-99). Essas condições de teste resultam em atrito interno, que, por sua vez, causa a dissipação de energia e, portanto, um aumento na temperatura da amostra. Além disso, a amostra sofre deformação (conjunto térmico). Os testes de acúmulo de calor são relevantes para pneus/borrachas que estão sujeitos a alta EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de compressão em serviço. O equipamento qualificado para realizar esses experimentos é o GABOMETER®, que representa um sistema Eplexor® modificado. Ele funciona como um flexômetro mais universal, pois oferece todos os recursos do classical Goodrich Flexometer e, além disso, adquire dados mecânicos do material, como o módulo E e o amortecimento (tanδ ).
A) Repetibilidade dos resultados de medição
Como as possíveis diferenças na constituição do material entre os diferentes lotes de amostras devem ser distinguidas entre os diferentes lotes de amostras, a alta repetibilidade dos resultados do teste de flexômetro é essencial. A Figura 1 mostra o teste de repetibilidade dos sistemas GABOMETER® em duas amostras do mesmo lote.
Aqui, dois corpos de prova (mesmo lote - amostras cilíndricas para carga de compressão) foram testados independentemente, mas sob condições de carga idênticas. O acúmulo de calor resulta em temperaturas diferentes, por exemplo, no centro e na superfície. Para a medição da temperatura no centro da amostra, é usado um termopar em forma de agulha, conforme mostrado na figura 3.
A medição da temperatura da superfície é realizada na superfície superior da amostra por meio de um termopar embutido no suporte de acúmulo de calor superior isolado termicamente. A medição de tanδ (amortecimento do material) também apresenta excelente repetibilidade.
B) Benefícios do uso de um sensor de temperatura adicional (termopar de agulha)
Atualmente, os testes de acúmulo de calor são comumente realizados com os flexômetros Goodrich. No entanto, os flexômetros convencionais sofrem de problemas de resolução e reprodutibilidade. A modularidade do design do Eplexor® inclui configurações para realizar testes de acúmulo de calor. O GABOMETER® é uma das soluções mais econômicas dedicadas a esses testes HBU. O termopar adicional em forma de agulha para medir a temperatura no centro da amostra acrescenta informações materiais ao experimento que, de outra forma, permaneceriam ocultas.
A medição de uma temperatura de superfície é exigida pela ASTM D623, mas isso, por si só, nem sempre permite que se faça uma distinção entre duas amostras em termos de aumento de temperatura em função do tempo (veja a figura 2 - temperatura na superfície). É o sensor de temperatura adicional do tipo agulha que revela a temperatura no centro da amostra com mais precisão. A temperatura no centro é a menos influenciada pelas perdas de energia nas superfícies externas. Portanto, ela também é mais sensível para revelar as diferenças de temperatura induzidas pelo efeito de acúmulo de calor. As diferenças na dissipação de energia entre as amostras A e B resultam em diferenças de temperatura que são mais pronunciadas no núcleo. É a medição da temperatura do núcleo que permite a distinção entre os compostos A e B, conforme mostrado no exemplo (figura 2).
Mas qual é o motivo dessa diferença?
Os compostos básicos das amostras A e B são idênticos, mas diferem em termos do tipo de Preto carbonoA temperatura e a atmosfera (gás de purga) afetam os resultados da mudança de massa. Ao alterar a atmosfera, por exemplo, de nitrogênio para ar durante a medição de TGA, é possível separar e quantificar os aditivos, por exemplo, o negro de fumo, e o polímero em massa.negro de fumo que contêm. O Preto carbonoA temperatura e a atmosfera (gás de purga) afetam os resultados da mudança de massa. Ao alterar a atmosfera, por exemplo, de nitrogênio para ar durante a medição de TGA, é possível separar e quantificar os aditivos, por exemplo, o negro de fumo, e o polímero em massa.negro de fumo da amostra A tem uma Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica mais alta e causa maiores perdas de calor para a superfície. Como resultado, a temperatura do núcleo no caso A diminui mais do que no caso B, de condutividade mais baixa. A temperatura do núcleo é reduzida; o ciclo de vida do composto de borracha é melhorado pela redução da dissipação de calor.
C) Benefícios do registro de tanδ
A Figura 4 mostra outro exemplo de um teste de acúmulo de calor. Para esse teste, os compostos muito diferentes A e C foram comparados. A amostra A apresenta um acúmulo de calor que é cerca de 20°C mais alto do que a temperatura correspondente da amostra C.
Consequentemente, as propriedades de amortecimento (tanδ) dos polímeros também são bastante diferentes. O composto C revela um amortecimento mecânico muito menor do que o composto A. O material C pode acompanhar melhor as deformações dinâmicas do que o material A devido às suas menores perdas de amortecimento mecânico (tanδ).
Conclusão
Os sistemas Eplexor® 2000 N ou 4000 N, bem como os flexômetros universais GABOMETER® 2000 N e 4000 N, podem substituir o flexômetro classical Goodrich em testes e gerar vantagens adicionais para o usuário. O termopar de agulha opcional para medições de temperatura do núcleo melhora significativamente a sensibilidade do sistema para detectar o efeito de acúmulo de calor e é capaz de fornecer uma imagem aprimorada das propriedades do material. Materiais que, de outra forma, seriam indistinguíveis uns dos outros em termos de efeito de acúmulo de calor podem ser diferenciados de forma confiável com o uso da agulha.
Em contrapartida, obtém-se muito menos informações quando se usa apenas a temperatura da superfície, conforme a ASTM D623.
Graças ao seu design modular, os sistemas GABOMETER® podem ser atualizados para permitir a determinação das propriedades viscoelásticas do material ou para obter a funcionalidade completa do DMTA. Esses retrofits podem ser realizados a qualquer momento após a instalação, conforme a necessidade.