Vad är tekniska elastomerer?

Tekniska elastomerer har ett utmärkt elastiskt beteende. De kan deformeras upprepade gånger och återgå till nästan sin ursprungliga längd efter mekanisk avlastning. Beroende på typ kan tekniska elastomerer effektivt lagra eller avleda, d.v.s. omvandla, mekanisk energi. Det är därför de används i många vibrationskontrollapplikationer, t.ex. i däck, vibrationsdämpare i motor- och järnvägsfordon, transportband, tätningar, slangar etc.

Viskoelastiskt beteende

Tekniska elastomerer kan belastas antingen statiskt eller dynamiskt, eller båda samtidigt. Vid en statisk belastning är belastningen konstant över tiden och motsvarar ofta den egna vikten. Den dynamiska belastningen är däremot en funktion av tiden och påförs antingen utifrån (passiv) eller definieras av en drivning (aktiv). Dynamiska laster orsakas t.ex. av yttre påverkan som jordbävningar, havsvågor eller kraftiga vindar. De förekommer också i ett large antal tekniska system som ett resultat av massor som rör sig periodiskt. De viskoelastiska egenskaperna hos elastomerkompositerna vid olika temperaturer och frekvenser bestäms med hjälp av dynamisk-mekanisk analys (DMA). DMA-system är utformade för kvalitetskontroll, material samt produktlansering och materialutveckling. För statisk-dynamiska belastningar ställs först de statiska belastningarna in och sedan varieras den dynamiska belastningen för varje statisk belastning. Därigenom utsätts provet för en sinusformad mekanisk belastning med konstant frekvens och konstant amplitud.

DMA Gabo Eplexor^® - 2 oberoende drivenheter

Den främsta egenskapen hos DMA Gabo Eplexor^® -systemen är den oberoende genereringen/inställningen av statiska och dynamiska belastningar. Den statiska förbelastningen genereras av en servomotor och förs in i provet via kraftomvandlaren och provhållaren. Den dynamiska belastningen genereras av en elektrodynamisk oscillator och överförs även den till provet. Att använda två oberoende drivenheter kräver visserligen en större teknisk insats, men det ger också en betydligt högre flexibilitet i användningen.

Statisk och dynamisk belastning

Till skillnad från skjuvförsök är det vid drag-, tryck- och böjprov absolut nödvändigt att den statiska förbelastningen är högre än den dynamiska belastningen. Denna begränsning beror på att ett dragprov kan buckla under växlande dragbelastningar om den dynamiska belastningsamplituden överstiger den statiska belastningskomponenten. Växlande tryckbelastningar resulterar i en tillfällig förlust av kontakten mellan provet och provhållaren. Korrekt provning utan artefakter är inte möjlig i detta fall.

"Tillåter växlande belastning"

För vissa applikationer, t.ex. transportband av gummi, drivremmar eller gummimetallager, kan avvikelser från ovanstående regel - att den statiska förbelastningen måste vara högre än den faktiska dynamiska belastningen - förekomma i praktiken om buckling eller lyft förhindras genom andra tekniska åtgärder. Med hjälp av parametern "Allow Alternating Load" kan begränsningen att den dynamiska amplituden ska vara mindre än den statiska lasten tas bort om så krävs. I detta läge är det därför också möjligt att exakt simulera lastsituationen för respektive applikation (se figur 1). För sådana belastningsförhållanden rekommenderas i allmänhet korta och tjocka provkroppar eftersom de inte tenderar att "bukta ut" som långa och tunna provkroppar gör.

Payne-effekt av kolsvartfyllda SBR-vulkanisater

Figur 2 visar ett exempel på en dynamisk belastningssvepning under dragspänning för ett kolsvartfyllt SBR-prov. Mätningen utfördes vid rumstemperatur och en frekvens på 10 Hz. I det första testet ökades den dynamiska deformationsamplituden stegvis från 0,05% till 10% (blå kurva); för det andra testet utfördes detta i omvänd ordning och den dynamiska amplituden minskades stegvis från 10% tillbaka till den ursprungliga amplituden på 0,05% (röd kurva). Någon statisk förspänning tillämpades inte här. Elasticitetsmodulen |E*| minskar med ökande deformationsamplitud (figur 2, blå kurva). Lagringsmodulens beroende av deformationsamplituden för fyllda elastomerer är också känd som Payne-effektenPayne-effekten är minskningen av ett fyllt, tvärbundet elastomersystem med ökande deformationsamplitud.Payne-effekten.

Mullins-effekten

Med en minskande deformationsamplitud (figur 2, röd kurva) ökar |E*|, men når inte lutningen på den "jungfruliga" kurvan (blå kurva). Denna effekt av spänningsmjukning är känd som Mullins-effektenMullins-effekten beskriver ett fenomen som är typiskt för gummimaterial.Mullins-effekten. Reversibla och irreversibla förändringar i polymermatrisen, tvärbindningsstrukturen och fyllnadsnätverket under belastning är ansvariga för detta beteende. Några orsaker är desorption av adsorberade kedjeavsnitt från fillerytan, brytning av tvärbindningspunkterna och/eller kollaps av filleragglomerationen under påverkan av mekanisk StressSpänning definieras som en kraftnivå som appliceras på ett prov med ett väldefinierat tvärsnitt. (Spänning = kraft/area). Prover med cirkulärt eller rektangulärt tvärsnitt kan komprimeras eller sträckas. Elastiska material som gummi kan sträckas upp till 5 till 10 gånger sin ursprungliga längd.stress.

Sammanfattning

Flexibiliteten hos DMA Gabo Eplexor^® genom dess oberoende drivsystem gör det möjligt att realisera en mängd olika testförhållanden från praktiska tillämpningar i laboratoriemiljö, vilket visas i exemplet ovan med dynamisk deformationsvariation. Läs mer om vår DMA Gabo Eplexor^® här!