Introducere
Testele dinamice de acumulare de căldură oferă o mai bună înțelegere a proprietăților termice ale elastomerilor. Astfel de teste sunt efectuate prin aplicarea unei sarcini constante, a unei frecvențe de 30 Hz și a unor amplitudini de deformare de câțiva mm (conform DIN 53 533 și ASTM D623-99). Aceste condiții de testare duc la frecare internă, care, la rândul său, provoacă disiparea energiei și, prin urmare, o creștere a temperaturii probei. În plus, eșantionul suferă deformări (set termic). Încercările de acumulare de căldură sunt relevante pentru anvelopele/cauciucurile care sunt supuse unor tensiuni de compresie ridicate în timpul utilizării. Echipamentul calificat pentru a efectua astfel de experimente este GABOMETER®, care reprezintă un sistem Eplexor® modificat. Acesta funcționează ca un flexometru mai universal, deoarece oferă toate caracteristicile flexometrului clasic Goodrich și, în plus, dobândește date mecanice despre material, cum ar fi modulul E și amortizarea (tanδ ).
A) Repetabilitatea rezultatelor măsurătorilor
Deoarece eventualele diferențe în constituția materialului între diferitele loturi de probe trebuie să fie distinse între diferitele loturi de probe, este esențială o repetabilitate ridicată a rezultatelor testelor flexometrice. Figura 1 prezintă testul de repetabilitate pentru sistemele GABOMETER® pe două probe din același lot.
Aici, două epruvete (același lot - probe cilindrice pentru sarcina de compresie) au fost testate independent, dar în condiții de sarcină identice. Acumularea de căldură duce la temperaturi diferite; de exemplu, la centru față de suprafață. Pentru măsurarea temperaturii în centrul probei, se utilizează un termocuplu în formă de ac, așa cum se arată în figura 3.
Măsurarea temperaturii la suprafață se realizează la suprafața superioară a probei prin intermediul unui termocuplu încorporat în suportul superior izolat termic al acumulatorului de căldură. Măsurarea tanδ (amortizarea materialului) prezintă, de asemenea, o repetabilitate excelentă.
B) Avantajele utilizării unui senzor de temperatură suplimentar (termocuplu cu ac)
În prezent, testele de acumulare a căldurii sunt efectuate în mod obișnuit cu ajutorul flexometrelor Goodrich. Cu toate acestea, flexometrele convenționale suferă de probleme de rezoluție și reproductibilitate. Modularitatea designului Eplexor® include configurații pentru efectuarea testelor de acumulare de căldură. GABOMETER® este una dintre cele mai economice soluții dedicate acestor teste HBU. Termocuplul suplimentar în formă de ac pentru măsurarea temperaturii în centrul probei adaugă experimentului informații materiale care altfel ar rămâne ascunse.
Măsurarea temperaturii la suprafață este cerută de ASTM D623, dar numai acest lucru nu permite întotdeauna să se facă o distincție între două probe în ceea ce privește creșterea temperaturii în funcție de timp (a se vedea figura 2 - temperatura la suprafață). Senzorul de temperatură suplimentar de tip ac este cel care dezvăluie mai precis temperatura din centrul probei. Temperatura din centru este cea mai puțin influențată de pierderile de energie prin suprafețele exterioare. Prin urmare, este, de asemenea, mai sensibilă pentru dezvăluirea diferențelor de temperatură induse de efectul de acumulare a căldurii. Diferențele de disipare a energiei între probele A și B determină diferențe de temperatură care sunt mai pronunțate în centru. Măsurarea temperaturii miezului este cea care permite să se facă distincția între compușii A și B, așa cum se arată în exemplu (figura 2).
Dar care este motivul pentru această diferență?
Compușii de bază ai probelor A și B sunt identici, dar diferă în ceea ce privește tipul de negru de fum pe care îl conțin. Negrul de fum din proba A are o conductivitate termică mai mare și provoacă pierderi de căldură mai mari la suprafață. Ca urmare, temperatura miezului în cazul A scade mai mult decât în cazul B cu conductivitate mai scăzută. Temperatura miezului este redusă; ciclul de viață al compusului de cauciuc este îmbunătățit prin disiparea redusă a căldurii.
C) Avantajele înregistrării tanδ
Figura 4 prezintă un alt exemplu de testare a acumulării de căldură. Pentru acest test, au fost comparați compușii foarte diferiți A și C. Proba A prezintă o acumulare de căldură care este cu aproximativ 20 °C mai mare decât temperatura corespunzătoare probei C.
În consecință, proprietățile de amortizare (tanδ) ale polimerilor sunt, de asemenea, foarte diferite. Compusul C prezintă o amortizare mecanică mult mai scăzută decât compusul A. Materialul C poate urmări mai bine deformările dinamice decât materialul A datorită pierderilor sale mecanice de amortizare (tanδ) mai scăzute.
Concluzie
Sistemele Eplexor® 2000 N sau 4000 N , precum și flexometrele universale GABOMETER® 2000 N și 4000 N, pot înlocui flexometrul clasic Goodrich în cadrul testelor și generează avantaje suplimentare pentru utilizator. Termocuplul cu ac opțional pentru măsurarea temperaturii miezului îmbunătățește semnificativ sensibilitatea sistemului pentru detectarea efectului de acumulare de căldură și este capabil să ofere o imagine îmbunătățită a proprietăților materialului. Materialele care altfel nu se pot distinge între ele în ceea ce privește efectul de acumulare de căldură pot fi diferențiate în mod fiabil prin utilizarea acului.
În schimb, se obțin mult mai puține informații atunci când se utilizează doar temperatura de suprafață conform ASTM D623.
Datorită designului lor modular, sistemele GABOMETER® pot fi modernizate pentru a le permite să determine proprietățile materialelor vâscoelastice sau pentru a obține funcționalitatea DMTA completă. Astfel de modernizări pot fi efectuate în orice moment după instalare, în funcție de necesități.