Введение
Благодаря своей высокой эластичности эластомерные материалы применяются практически во всех областях техники. Важнейшим свойством эластомерных материалов является способность накапливать энергию деформации и при необходимости отдавать ее всей системе. Одним из показателей этого свойства являются имманентные материалу восстанавливающие силы, которые - в зависимости от системы - могут генерироваться из накопленной энергии и легко могут составлять 90 % или более от накопленной энергии. Однако это "ценное" свойство ограничено узким температурным диапазоном, который определяет рабочую и эксплуатационную температуру для соответствующего применения. По этой причине температурное поведение эластомерных материалов имеет огромное значение.
Для регистрации температурного поведения эластомерных материалов используются так называемые температурные развертки, которые, как правило, могут быть параметризованы при различных скоростях нагрева. Например, высокая скорость нагрева 5°C/мин предпочтительнее скорости нагрева 1°C/мин, так как результат получается за более короткое время, а значит, испытания проводятся быстрее и экономичнее. Однако возникает вопрос, как оценить результаты при различных скоростях нагрева.
В данном руководстве по применению рассматривается этот вопрос и изучается зависимость скорости нагрева для серии DMA GABO Eplexor®.
Условия измерения
Четыре температурные развертки образцов одной и той же резиновой смеси были проведены от -80°C до 20°C при скоростях нагрева 1, 2, 3 и 5°C/мин с помощью прибора DMA GABO Eplexor® 500 N (рис. 1).
Введение
Нижняя рабочая температура эластомерных материалов ограничена температурой стеклования, Tg. Tg характеризует температуру, при которой эластомерные материалы переходят из твердого и относительно хрупкого состояния в резиноподобное эластичное состояние. На практике Tg определяется как максимум коэффициента потерь tanδ. Зависимость Tg от скорости нагрева представлена на рисунке 1.
На рисунке 2 показано, что Tg смещается в сторону более высоких температур при увеличении скорости нагрева. Для температурной развертки Tg составляет -42,3°C при скорости нагрева 1 °C/мин и -41,4°C при скорости нагрева 5 °C/мин. Это соответствует позиционному изменению Tg примерно на 1°C. Максимальное значение коэффициента потерь, tanδ, изменилось максимум на 0,01. Это наблюдение можно проиллюстрировать плохой теплопроводностью большинства пластмасс. Это приводит к смещению специфических для материала переходных эффектов, таких как максимумы релаксации или температуры стеклования, к более высоким температурам (в случае положительной скорости нагрева) или к более низким температурам (в случае отрицательной скорости охлаждения). Более высокая скорость нагрева приводит к "эффекту сопротивления", и образец отстает от температуры печи. Поэтому скорость нагрева 1°C/мин будет правильно отражать специфические эффекты образца, в то время как высокая скорость нагрева приведет к смещению этих эффектов на температурной шкале.
Резюме
Эти минимальные сдвиги положения Tgи максимума коэффициента потерь, tanδ, в результате различных скоростей нагрева объясняются очень хорошим распределением температуры внутри серии DMA GABO Eplexor®, достигнутым благодаря использованию вентилятора в измерительной камере. Прямым следствием этих выводов является сокращение времени измерения температурных разверток за счет использования более высоких скоростей нагрева, например, 5°C/мин вместо, например, 1°C/мин. Необходимым условием для этого является знание зависимости Tg исследуемых материалов от скорости нагрева.