Inledning
Elastomermaterial används inom nästan alla tekniska områden på grund av sin höga elasticitet. En viktig egenskap hos elastomermaterial är förmågan att lagra deformationsenergi och vid behov avge den tillbaka till hela systemet. Ett mått på denna egenskap är de materialimmanenta återställningskrafterna, som - beroende på systemet - kan genereras från den lagrade energin och lätt kan uppgå till 90% eller mer av den lagrade energin. Denna "värdefulla" egenskap är dock begränsad till ett smalt temperaturområde som definierar drift- och arbetstemperaturerna för respektive applikation. Av denna anledning är temperaturbeteendet hos elastomermaterial av central betydelse.
Så kallade temperatursvep används för att registrera det termiska beteendet hos elastomermaterial, som i allmänhet kan parametriseras vid olika uppvärmningshastigheter. En hög uppvärmningshastighet på 5°C/min är t.ex. att föredra framför en uppvärmningshastighet på 1°C/min eftersom resultatet levereras på kortare tid och testningen därför är snabbare och mer kostnadseffektiv. Frågan uppstår dock hur man ska utvärdera resultaten för olika uppvärmningshastigheter.
Denna Application Note tar upp denna fråga och undersöker värmningshastighetsberoendet hos DMA Gabo Eplexor® -serien.
Mätförhållanden
Fyra temperatursvep på prover av samma gummiblandning utfördes från -80°C till 20°C med uppvärmningshastigheter på 1, 2, 3 och 5°C/min med DMA Gabo Eplexor® 500 N (figur 1).
Inledning
Den lägre driftstemperaturen för elastomermaterial begränsas av glasövergångstemperaturen, Tg. Tg anger den temperatur vid vilken elastomermaterial övergår från ett hårt och relativt sprött tillstånd till ett gummiliknande elastiskt tillstånd. I praktiken definieras Tg som det maximala värdet för förlustfaktorn tanδ. Tg:s beroende av uppvärmningshastigheten visas i figur 1.
Figur 2 visar att Tg förskjuts till högre temperaturer med högre uppvärmningshastigheter. För ett temperatursvep uppgår Tg till -42,3°C vid en uppvärmningshastighet på 1 °C/min och till -41,4°C vid en uppvärmningshastighet på 5 °C/min. Detta motsvarar en positionsförändring av Tg på ca 1°C. Förlustfaktorns maximum, tanδ, har ändrats med 0,01 som mest. Denna observation kan illustreras med den dåliga värmeledningsförmågan hos de flesta plaster. Detta medför att materialspecifika övergångseffekter, t.ex. relaxationsmaxima eller glasomvandlingstemperaturer, förskjuts till högre temperaturer (vid positiva uppvärmningshastigheter) eller till lägre temperaturer (vid negativa kylhastigheter). En högre uppvärmningshastighet leder till "släpeffekter" och provet släpar efter ugnstemperaturen. En uppvärmningshastighet på 1°C/min kommer därför att korrekt återspegla de provspecifika effekterna, medan en hög uppvärmningshastighet kommer att orsaka en förskjutning av dessa effekter på temperaturskalan.
Sammanfattning
Dessa minimala förskjutningar av Tg-positionenoch den maximala förlustfaktorn, tanδ, som ett resultat av de olika uppvärmningshastigheterna beror på en mycket bra temperaturfördelning inuti DMA Gabo Eplexor® -serien, som uppnås genom att använda en fläkt i mätkammaren. En direkt följd av dessa resultat är att den mättid som krävs för temperatursvepningar kan minskas genom användning av högre uppvärmningshastigheter, t.ex. 5°C/min i stället för t.ex. 1°C/min. En förutsättning för detta är kunskap om hur Tg för de testade materialen är beroende av uppvärmningshastigheten.