09.12.2025 by Sascha Riegler
Como a análise mecânica dinâmica de alta força ajuda a entender o comportamento real do material
Os componentes de borracha usados nos setores aeroespacial, de mineração, defesa e automobilístico enfrentam cargas mecânicas extremas em operação real, muito além do que os testes padrão podem reproduzir. O DMA de alta força possibilita a medição e a simulação dessas tensões, revelando comportamentos críticos, como acúmulo de calor, fadiga e os efeitos Payne e Mullins. Com a tecnologia de teste avançada, os fabricantes podem prever melhor o desempenho, evitar falhas e projetar materiais de borracha mais seguros e duradouros.
O comportamento da borracha sob carga pesada
Seja em pneus de avião, correias transportadoras de mineração, almofadas de pista militar ou pneus de corrida de Fórmula 1, a borracha é frequentemente exposta a EstresseA tensão é definida como um nível de força aplicado a uma amostra com uma seção transversal bem definida. (Tensão = força/área). As amostras com seção transversal circular ou retangular podem ser comprimidas ou esticadas. Materiais elásticos, como a borracha, podem ser esticados até 5 a 10 vezes seu comprimento original.estresse mecânico extremo. Mas como esse material complexo se comporta em condições reais? E como os fabricantes podem testar e simular essas cargas de forma confiável? É nesse ponto que a análise dinâmico-mecânica (DMA) de alta força do site NETZSCH se torna essencial.
Por que DMA de alta velocidade?
O DMA é um método de teste não destrutivo usado para analisar o comportamento mecânico dinâmico de sólidos viscoelásticos. Embora os DMAs convencionais sejam adequados para amostras small e testes viscoelásticos lineares, eles atingem seus limites quando os materiais são expostos a altas forças, altas frequências ou deformações large - todas elas comuns em aplicações do mundo real.
NETZSCH a DMA oferece instrumentos de alta força como o DMA 503 Eplexor® e o DMA 523 Eplexor®, capazes de aplicar forças estáticas de até 6.000 N e forças dinâmicas de até 4.000 N. Esses sistemas possibilitam testar amostras large e simular condições de carga realistas, desde pneus para serviços pesados até amortecedores de VibraçãoUm processo mecânico de oscilação é chamado de vibração. A vibração é um fenômeno mecânico em que ocorrem oscilações em torno de um ponto de equilíbrio. Em muitos casos, a vibração é indesejável, desperdiçando energia e criando sons indesejados. Por exemplo, os movimentos vibratórios de motores, motores elétricos ou qualquer dispositivo mecânico em operação geralmente são indesejados. Essas vibrações podem ser causadas por desequilíbrios nas peças rotativas, atrito desigual ou engrenagem dos dentes da engrenagem. Projetos cuidadosos geralmente minimizam as vibrações indesejadas.vibração.
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Acúmulo de calor e explosão - Levando os elastômeros ao limite
Um dos maiores desafios nos testes de borracha é o acúmulo de calor sob cargas cíclicas. Os elastômeros têm baixa 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. Quando submetidos a altas tensões dinâmicas, é gerado mais calor do que pode ser dissipado, levando a aumentos de temperatura interna - um fenômeno conhecido como Heat Build-Up (HBU).
Os testes de ruptura vão além: a amostra é estressada dinamicamente até falhar. Com o High-Force DMA, é possível medir não apenas os aumentos de temperatura, mas também as propriedades viscoelásticas, como módulo de armazenamento, Módulo de viscosidadeO módulo complexo (componente viscoso), módulo de perda ou G'', é a parte "imaginária" das amostras do módulo complexo geral. Esse componente viscoso indica a resposta do tipo líquido, ou fora de fase, da amostra que está sendo medida. módulo de perda e comportamento de amortecimento (tan δ), tudo em um único teste.
Um exemplo prático revelou que, embora um termopar de superfície tenha medido apenas um aumento de temperatura de 20°C, a temperatura interna - capturada usando um termopar de agulha - aumentou até 70°C. Essas percepções são cruciais, pois o superaquecimento interno pode levar à formação de cavidades, ao crescimento de rachaduras e, por fim, a uma falha catastrófica.
O Efeito PayneO efeito Payne é a diminuição do sistema de elastômero preenchido e de ligação cruzada com o aumento da amplitude de deformação.efeito Payne - Quando a borracha amolece com o movimento
O Efeito PayneO efeito Payne é a diminuição do sistema de elastômero preenchido e de ligação cruzada com o aumento da amplitude de deformação.efeito Payne descreve a diminuição da rigidez ( módulo de armazenamento) de elastômeros preenchidos sob 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 dinâmica crescente. Esse efeito torna-se relevante quando componentes de borracha, como pneus, limpadores de para-brisa ou amortecedores de VibraçãoUm processo mecânico de oscilação é chamado de vibração. A vibração é um fenômeno mecânico em que ocorrem oscilações em torno de um ponto de equilíbrio. Em muitos casos, a vibração é indesejável, desperdiçando energia e criando sons indesejados. Por exemplo, os movimentos vibratórios de motores, motores elétricos ou qualquer dispositivo mecânico em operação geralmente são indesejados. Essas vibrações podem ser causadas por desequilíbrios nas peças rotativas, atrito desigual ou engrenagem dos dentes da engrenagem. Projetos cuidadosos geralmente minimizam as vibrações indesejadas.vibração, são submetidos a deformações repetidas.
Usando o site NETZSCH DMA 503 Eplexor® , um teste de varredura de carga demonstrou como o módulo de armazenamento permaneceu constante na Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas. região viscoelástica linear e depois caiu significativamente - em quase dois terços - quando o comportamento não linear começou. O fator de perda (tan δ) aumentou inicialmente, atingiu o pico quando as redes de preenchimento interno estavam mais danificadas, antes de cair novamente.
Quando a 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 dinâmica foi reduzida, o material não retornou ao seu estado original. Em vez disso, ele apresentou histerese: recuperação parcial, mas não restauração total. Isso prova que o Efeito PayneO efeito Payne é a diminuição do sistema de elastômero preenchido e de ligação cruzada com o aumento da amplitude de deformação.efeito Payne é apenas parcialmente reversível em curto prazo - a recuperação total requer períodos de repouso mais longos à medida que as ligações entre enchimento e enchimento se reaglomeram.
Efeito MullinsO efeito Mullins descreve um fenômeno típico dos materiais de borracha.Efeito Mullins - Amolecimento irreversível
Enquanto o Efeito PayneO efeito Payne é a diminuição do sistema de elastômero preenchido e de ligação cruzada com o aumento da amplitude de deformação.efeito Payne é reversível ao longo do tempo, o Efeito MullinsO efeito Mullins descreve um fenômeno típico dos materiais de borracha.efeito Mullins descreve o amolecimento permanente de um elastômero preenchido após cargas e descargas repetidas em condições quase estáticas.
Esse efeito desempenha um papel fundamental em aplicações como:
- Comportamento de amaciamento de pneus
- Desempenho de vedação de longo prazo de anéis O-ring
- Alterações no desempenho de amortecimento de suportes de VibraçãoUm processo mecânico de oscilação é chamado de vibração. A vibração é um fenômeno mecânico em que ocorrem oscilações em torno de um ponto de equilíbrio. Em muitos casos, a vibração é indesejável, desperdiçando energia e criando sons indesejados. Por exemplo, os movimentos vibratórios de motores, motores elétricos ou qualquer dispositivo mecânico em operação geralmente são indesejados. Essas vibrações podem ser causadas por desequilíbrios nas peças rotativas, atrito desigual ou engrenagem dos dentes da engrenagem. Projetos cuidadosos geralmente minimizam as vibrações indesejadas.vibração
Os testes de DMA de alta força mostram que, após um ciclo de carga inicial, as curvas de tensão-deformação subsequentes seguem caminhos mais suaves. Isso indica mudanças estruturais irreversíveis, incluindo danos às ligações polímero-filtro e rearranjo das cadeias poliméricas. A diferença entre as curvas de tensão-deformação originais e subsequentes é conhecida como dano Mullins - um parâmetro fundamental para modelagem preditiva e simulações de materiais.
Considerações finais
A borracha é um material altamente versátil, porém complexo. Seu comportamento sob 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 envolve uma combinação de efeitos mecânicos, térmicos e microestruturais, todos interagindo simultaneamente. A compreensão desses efeitos requer técnicas de teste avançadas.
Os sistemas DMA de alta força da NETZSCH Analyzing & Testing permitem que engenheiros e pesquisadores simulem condições reais de carga e capturem dados críticos sobre fadiga, acúmulo de calor, desempenho de amortecimento e alterações microestruturais.
Como disse certa vez o famoso projetista da Fórmula 1, Adrian Newey:
"Esses pedaços de borracha que realmente transmitem aderência ao asfalto são provavelmente os menos bem compreendidos , mas são os mais importantes."
Em NETZSCH, talvez não tenhamos todas as respostas, mas fornecemos as ferramentas que ajudam a levar os testes de materiais - e a compreensão da borracha - um passo adiante.
Interessado em saber mais sobre DMA de alta força e soluções de teste? Fique à vontade para entrar em contato conosco!
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