09.12.2025 by Sascha Riegler
Динамический механический анализ с применением высоких сил помогает понять поведение реальных материалов
Резиновые компоненты, используемые в аэрокосмической, горнодобывающей, оборонной промышленности и автоспорте, подвергаются экстремальным механическим нагрузкам в реальных условиях эксплуатации - далеко за пределами того, что могут воспроизвести стандартные испытания. High-Force DMA позволяет измерять и моделировать эти нагрузки, выявляя такие критические характеристики, как нагрев, усталость и эффекты Пейна и Маллинза. Благодаря передовой технологии испытаний производители могут лучше прогнозировать эксплуатационные характеристики, предотвращать отказы и разрабатывать более безопасные и долговечные резиновые материалы.
Поведение резины под большой нагрузкой
Будь то шины самолетов, конвейерные ленты для горнодобывающей промышленности, накладки для военных трасс или шины для гонок Формулы-1 - резина часто подвергается экстремальным механическим нагрузкам. Но как ведет себя этот сложный материал в реальных условиях? И как производители могут надежно протестировать и смоделировать эти нагрузки? Именно здесь становится важным динамический механический анализ (DMA) высокой силы, проводимый компанией NETZSCH.
Зачем нужен высокоскоростной DMA?
ДМА - это метод неразрушающего контроля, используемый для анализа динамического механического поведения вязкоупругих твердых тел. Хотя обычные приборы DMA подходят для образцов small и линейных вязкоупругих испытаний, они достигают своих пределов, когда материалы подвергаются воздействию больших сил, высоких частот или деформаций large - все это часто встречается в реальных приложениях.
NETZSCH компания DMA предлагает высокосиловые приборы, такие как DMA 503 Eplexor® и DMA 523 Eplexor®, способные прикладывать статические усилия до 6000 Н и динамические усилия до 4000 Н. Эти системы позволяют проводить испытания образцов large и моделировать реалистичные условия нагружения - от тяжелых шин до виброгасителей.
Откройте для себя ассортимент продукции NETZSCH High-Force DMA
Повышение температуры и выдувание - доведение эластомеров до предела
Одной из основных проблем при испытаниях резины является накопление тепла при циклических нагрузках. Эластомеры обладают плохой теплопроводностью. При высоких динамических нагрузках выделяется больше тепла, чем может быть рассеяно, что приводит к повышению внутренней температуры - явление, известное как теплонакопление (HBU).
Испытания на разрыв идут дальше: образец подвергается динамической нагрузке до тех пор, пока не разрушится. С помощью High-Force DMA можно измерить не только повышение температуры, но и вязкоупругие свойства, такие как модуль запаса, модуль потерь и затухание (tan δ) - все в одном испытании.
Практический пример показал, что в то время как поверхностная термопара измеряет повышение температуры всего на 20 °C, внутренняя температура, измеренная с помощью игольчатой термопары, повышается на 70 °C. Такие данные крайне важны, поскольку внутренний перегрев может привести к образованию полостей, росту трещин и, в конечном счете, к катастрофическому разрушению.
Эффект Пэйна - когда резина становится мягче при движении
Эффект Пейна описывает снижение жесткости (модуля упругости) наполненных эластомеров при увеличении динамической деформации. Этот эффект становится актуальным, когда резиновые компоненты, такие как шины, стеклоочистители или виброгасители, подвергаются многократной деформации.
Используя сайт NETZSCH DMA 503 Eplexor® , испытание с разверткой под нагрузкой показало, как модуль упругости остается постоянным в линейной вязкоупругой области, а затем значительно снижается - почти на две трети - после начала нелинейного поведения. Коэффициент потерь (tan δ) сначала возрастал, достигал максимума, когда внутренние сети наполнителя были наиболее повреждены, а затем снова падал.
При уменьшении динамической деформации материал не вернулся в исходное состояние. Вместо этого он демонстрировал гистерезис: частичное восстановление, но не полное. Это доказывает, что эффект Пейна лишь частично обратим в краткосрочной перспективе - для полного восстановления требуются более длительные периоды покоя, так как связи наполнитель-наполнитель повторно агломерируются.
Эффект Маллинса - необратимое размягчение
В то время как эффект Пейна обратим с течением времени, эффект Маллинса описывает постоянное размягчение наполненного эластомера после многократных нагрузок и разгрузок в квазистатических условиях.
Этот эффект играет важную роль в таких областях применения, как:
- Приработка шин
- Долгосрочное уплотнение уплотнительных колец
- Изменение характеристик демпфирования виброизоляции
Испытания High-Force DMA показывают, что после первого цикла нагружения последующие кривые напряжения-деформации проходят по более мягким траекториям. Это свидетельствует о необратимых структурных изменениях, включая повреждение связей между полимером и наполнителем и перестройку полимерных цепей. Разница между первоначальной и последующей кривыми напряжения-деформации известна как повреждение Маллинса - ключевой параметр для прогнозирующего моделирования и симуляции материалов.
Заключительные размышления
Резина - очень универсальный и в то же время сложный материал. Его поведение под нагрузкой включает в себя сочетание механических, тепловых и микроструктурных эффектов, которые взаимодействуют одновременно. Для их понимания требуются передовые методы испытаний.
Системы DMA высокой силы от NETZSCH Analyzing & Testing позволяют инженерам и исследователям моделировать реальные условия нагружения и получать критически важные данные об усталости, теплообразовании, демпфировании и микроструктурных изменениях.
Как однажды сказал известный дизайнер Формулы 1 Эдриан Ньюи:
"Эти кусочки резины, которые фактически передают сцепление с асфальтом, вероятно, наименее хорошо изучены - и все же они наиболее важны"
На сайте NETZSCH мы, возможно, не знаем всех ответов, но мы предоставляем инструменты, которые помогают сделать еще один шаг вперед в тестировании материалов и понимании резины.
Хотите узнать больше о решениях для DMA и испытаний с высокой силой? Не стесняйтесь, свяжитесь с нами!
Местный контакт
Посмотрите эти вебинары, чтобы узнать больше:
Поделитесь этой статьей: