Введение
Динамические испытания на нагрев позволяют лучше понять тепловые свойства эластомеров. Такие испытания проводятся путем приложения постоянной нагрузки, частоты 30 Гц и амплитуды деформации в несколько мм (согласно DIN 53 533 и ASTM D623-99). Эти условия испытаний приводят к внутреннему трению, которое, в свою очередь, вызывает рассеивание энергии и, как следствие, повышение температуры образца. Кроме того, образец подвергается деформации (тепловой набор). Испытания на нагрев актуальны для шин/резины, которые подвергаются высоким сжимающим нагрузкам в процессе эксплуатации. Оборудование, подходящее для проведения таких экспериментов, - это GABOMETER®, представляющий собой модифицированную систему Eplexor®. Он работает как более универсальный флексометр, поскольку обладает всеми функциями classical Goodrich Flexometer и дополнительно получает данные о механических свойствах материала, такие как модуль упругости E и демпфирование (tanδ ).
A) Повторяемость результатов измерений
Поскольку необходимо различать возможные различия в составе материала между разными партиями образцов, необходима высокая повторяемость результатов флексометрических испытаний. На рис. 1 показан тест на повторяемость для систем GABOMETER® на двух образцах из одной партии.
В данном случае два образца (одна партия - цилиндрические образцы для нагрузки на сжатие) были испытаны независимо друг от друга, но при одинаковых условиях нагрузки. Нагрев приводит к разным температурам, например, в центре и на поверхности. Для измерения температуры в центре образца используется игольчатая термопара, как показано на рисунке 3.
Измерение температуры поверхности производится на верхней поверхности образца с помощью термопары, встроенной в теплоизолированный держатель верхнего теплового накопления. Измерение tanδ (затухание материала) также характеризуется превосходной повторяемостью.
B) Преимущества использования дополнительного датчика температуры (игольчатая термопара)
Сегодня испытания на нагрев обычно проводятся с помощью флексометров Goodrich. Однако обычные флексометры страдают от проблем с разрешением и воспроизводимостью. Модульность конструкции Eplexor® включает в себя конфигурации для проведения испытаний на тепловое наращивание. Модель GABOMETER® является одним из самых экономичных решений, предназначенных для таких HBU-испытаний. Дополнительная игольчатая термопара для измерения температуры в центре образца добавляет в эксперимент существенную информацию, которая в противном случае осталась бы скрытой.
Измерение температуры поверхности требуется согласно ASTM D623, но само по себе это не всегда позволяет увидеть разницу между двумя образцами по росту температуры в зависимости от времени (см. рис. 2 - температура на поверхности). Именно дополнительный датчик температуры игольчатого типа позволяет более точно определить температуру в сердцевине образца. На температуру в центре меньше всего влияют потери энергии через внешние поверхности. Поэтому он также более чувствителен для выявления разницы температур, вызванной эффектом накопления тепла. Различия в рассеивании энергии между образцами A и B приводят к разнице температур, которая наиболее выражена в сердцевине. Именно измерение температуры сердцевины позволяет отличить соединения A и B, как показано в примере (рис. 2).
Но в чем причина такого различия?
Основные соединения образцов A и B идентичны, но они отличаются по типу содержащейся в них сажи. Сажа в образце А обладает более высокой теплопроводностью и приводит к большим потерям тепла на поверхности. В результате температура сердцевины в образце А снижается сильнее, чем в образце В с более низкой теплопроводностью. Температура сердцевины снижается, а срок службы резиновой смеси увеличивается за счет снижения теплоотдачи.
C) Преимущества записи tanδ
На рисунке 4 показан еще один пример испытания на нагревание. В этом испытании сравнивались совершенно разные соединения A и C. Образец A демонстрирует тепловое нарастание, которое примерно на 20°C выше, чем соответствующая температура образца C.
Соответственно, демпфирующие свойства (tanδ) полимеров также сильно отличаются. Соединение С демонстрирует гораздо меньшее механическое демпфирование, чем соединение А. Материал С может лучше отслеживать динамические деформации, чем материал А, благодаря меньшим потерям на механическое демпфирование (tanδ).
Заключение
Системы Eplexor® 2000 N или 4000 N, а также универсальные флексометры GABOMETER® 2000 N и 4000 N могут быть заменены на classical Goodrich Flexometer при проведении испытаний и дают дополнительные преимущества пользователю. Дополнительная игольчатая термопара для измерения температуры сердцевины значительно повышает чувствительность системы для обнаружения эффекта накопления тепла и позволяет получить более полное представление о свойствах материала. Материалы, которые в других случаях не отличимы друг от друга по эффекту теплонакопления, могут быть надежно дифференцированы с помощью иглы.
В отличие от этого, при использовании только температуры поверхности в соответствии с ASTM D623 можно получить гораздо меньше информации.
Благодаря модульной конструкции системы GABOMETER® могут быть модернизированы для определения свойств вязкоупругих материалов или для получения полной функциональности DMTA. Такая модернизация может быть проведена в любое время после установки, по мере возникновения необходимости.