Введение
При анализе уплотнений или прокладок основной интерес представляет быстрый динамический отклик, который напрямую связан с динамико-механическими свойствами материала. Как правило, если происходит "утечка", восстанавливающие силы оказываются недостаточно сильными. К сожалению, эти свойства зависят от температуры и, конечно, от приложенной частоты. DMTA предоставляет мощные средства для анализа этих пределов разрушения путем применения динамических разверток деформации, выполняемых при различных условиях нагрузки, таких как предварительная нагрузка, частота или температура. Для таких измерений идеально подходит прибор Eplexor® 500 N от NETZSCH GABO Instruments (рис. 1).
Следующий пример иллюстрирует ситуацию более подробно:
- Статическая деформация около 20%
- Частота 10 Гц
- Требуется большая восстанавливающая сила
- Требуется низкое демпфирование, например, высокая упругость.
Кольцо круглого сечения (см. рис. 2) с внешним диаметром 10 мм и толщиной кольца 1 мм было подвергнуто статической деформации, составляющей около 20 % от толщины. На втором этапе были наложены механические колебания с динамической деформацией с амплитудой от 1 до 10 % толщины. Частота испытания составляла 10 Гц. В течение первой половины периода колебаний прокладка сжималась, а в течение второй половины - разжималась. В идеале уплотнительное кольцо должно реагировать достаточно быстро и следовать за движением, вызванным колебаниями, даже во второй половине во время процедуры разжатия.
Для обеспечения идеального уплотнения необходимо, чтобы между уплотнительным кольцом и механическим аналогом не было "зазора".
Уплотнительное кольцо способно выполнить эту задачу, если демпфирование (tanδ) достаточно мало, а энергия сохраняется в упругом состоянии (= высокий модуль упругости).
Если демпфирование слишком велико (даже при приемлемом уровне модуля упругости), уплотнительное кольцо не может следовать за движением и, следовательно, происходит "утечка".
На рисунке 3 показаны результаты испытаний двух эластомеров. Образец 1 (синий) имеет более высокий модуль упругости, чем образец 2 (красный). Танδ двух материалов более или менее идентичен в диапазоне деформаций от 0,01 до 0,1 %.
Похоже, что материал 1 обеспечивает гораздо лучшие динамические свойства прокладок, если их применение ограничено только деформациями small.
Однако механические свойства обоих материалов резко меняются при более высоких деформациях (от 1 до 10 % амплитуды динамической деформации).
Хотя модули при 10%-ной амплитуде динамической деформации не так уж далеки друг от друга, значение tanδ образца 1 (синий) при той же деформации примерно на 50% выше, чем tanδ образца 2 (красный). Это означает, что потери энергии гораздо выше. Динамические восстанавливающие свойства образца 1 (синий) значительно ухудшаются с увеличением динамической деформации. Следовательно, может возникнуть утечка. Учитывая эти соображения, образец 2 является предпочтительным материалом для использования в уплотнениях.
Заключение
Прибор Eplexor® 500 N позволяет напрямую сравнивать детали с разным составом и дает представление о поведении материала. Поэтому он полезен не только при контроле качества, но и при исследованииarch и разработке. В случае уплотнений и прокладок можно измерить демпфирующее поведение при высоких деформациях.