Inledning
När man analyserar tätningar eller packningar är ett snabbt dynamiskt svar, som är direkt relaterat till deras dynamiska och mekaniska materialegenskaper, av största intresse. Om "läckage" uppstår är återställningskrafterna vanligtvis inte tillräckligt starka. Tyvärr är dessa egenskaper beroende av temperaturen och, naturligtvis, av den applicerade frekvensen. DMTA är ett kraftfullt sätt att analysera dessa brottgränser genom att använda dynamiska töjningssvepningar som utförs under olika belastningsförhållanden, t.ex. förspänning, frekvens eller temperatur. Idealisk för sådana mätningar är Eplexor® 500 N från NETZSCH GABO Instruments (fig. 1).
Följande exempel illustrerar situationen mer i detalj:
- Statisk deformation på ca 20%.
- Frekvens på 10 Hz
- Hög återställningskraft krävs
- Låg dämpning, t.ex. hög elasticitet krävs
En O-ring (se figur 2) med en ytterdiameter på 10 mm och en ringtjocklek på 1 mm belastades med en statisk förspänning på ca 20% av tjockleken. I ett andra steg överlagrades en mekanisk oscillation med en dynamisk deformation med amplituder på mellan 1% och 10% av tjockleken. Testfrekvensen var 10 Hz. Under den första halvan av svängningsperioden komprimerades packningen, medan den släpptes under den andra halvan. Idealiskt sett bör en O-ring reagera "tillräckligt snabbt" och följa rörelsen som induceras av oscillationen, även under den andra halvan under frigöringsproceduren.
För att säkerställa perfekt tätning är det absolut nödvändigt att det inte uppstår något "mellanrum" mellan O-ringen och den mekaniska motparten.
O-ringen kan uppfylla detta krav om dämpningen (tanδ) är ganska låg och tillräckligt mycket energi lagras elastiskt (= hög lagringsmodul).
Om dämpningen är för hög (även vid en acceptabel nivå på lagringsmodulen) kan O-ringen inte följa med i rörelsen och följaktligen uppstår ett "läckage".
Figur 3 visar testresultaten för två elastomerblandningar. Prov 1 (blått) uppvisar en högre modul än prov 2 (rött). Tanδ för de två materialen är mer eller mindre identiska inom ett töjningsintervall på 0,01% till 0,1%.
Det verkar som om material 1 ger mycket bättre dynamiska packningsegenskaper, om tillämpningen begränsas till small deformationer.
De mekaniska egenskaperna hos båda materialen förändras dock drastiskt vid högre deformationer (mellan 1% och 10% dynamisk töjningsamplitud).
Även om modulerna vid 10 % dynamisk töjningsamplitud inte ligger så långt ifrån varandra, är tanδ-värdet för prov 1 (blått) vid samma deformation ungefär 50 % högre än tanδ-värdet för prov 2 (rött). Detta innebär att energiförlusterna är mycket högre. De dynamiska återställningsegenskaperna hos prov 1 (blått) försämras avsevärt med ökande dynamisk töjning. Följaktligen kan läckage uppstå. Med hänsyn tagen till dessa faktorer skulle prov 2 vara det material som föredras för användning i en tätningsapplikation.
Slutsats
Eplexor® 500 N ger möjlighet till direkt jämförelse av delar med olika sammansättning och ger en inblick i materialets beteende. Det är därför fördelaktigt inte bara vid kvalitetskontroll utan även vid forsknings- och utvecklingsuppgifter. När det gäller tätningar och packningar är det möjligt att mäta dämpningsbeteendet vid höga deformationer.