Giriş
Dinamik ısı biriktirme testleri, elastomerlerin termal özelliklerinin daha iyi anlaşılmasını sağlar. Bu tür testler, sabit bir yük, 30 Hz frekans ve birkaç mm deformasyon genlikleri (DIN 53 533 ve ASTM D623-99'a göre) uygulanarak gerçekleştirilir. Bu test koşulları iç sürtünmeye neden olur, bu da enerji dağılımına ve dolayısıyla numune sıcaklığında bir artışa neden olur. Ek olarak, numune deformasyona uğrar (termal set). Isı birikimi testleri, hizmet sırasında yüksek basınç gerilimine maruz kalan lastikler/kauçuklar için önemlidir. Bu tür deneyleri gerçekleştirmek için nitelikli ekipman, modifiye edilmiş bir Eplexor® sistemini temsil eden GABOMETER®'dur. Daha evrensel bir fleksometre olarak çalışır çünkü classical Goodrich Flexometer'in tüm özelliklerini sunar ve ayrıca E modülü ve sönümleme (tanδ ) gibi mekanik malzeme verilerini elde eder.
A) Ölçüm Sonuçlarının Tekrarlanabilirliği
Farklı numune partileri arasında malzeme yapısındaki olası farklılıkların farklı numune partileri arasında ayırt edilmesi gerektiğinden, fleksometre test sonuçlarında yüksek tekrarlanabilirlik esastır. Şekil 1, aynı partiden iki numune üzerinde GABOMETER® sistemleri için tekrarlanabilirlik testini göstermektedir.
Burada, iki test numunesi (aynı parti - sıkıştırma yükü için silindirik numuneler) bağımsız olarak, ancak aynı yük koşulları altında test edilmiştir. Isı oluşumu farklı sıcaklıklara neden olur; örneğin, merkezde ve yüzeyde. Numunenin merkezinde sıcaklık ölçümü için şekil 3'te gösterildiği gibi iğne şeklinde bir termokupl kullanılmıştır.
Yüzey sıcaklığı ölçümü, termal olarak izole edilmiş üst ısı biriktirme tutucusuna gömülü bir termokupl aracılığıyla numunenin üst yüzeyinde gerçekleştirilir. Tanδ (malzeme sönümlemesi) ölçümü de mükemmel tekrarlanabilirlik sergiler.
B) Ek Bir Sıcaklık Sensörü Kullanmanın Faydaları (İğneli Termokupl)
Günümüzde ısı birikimi testleri yaygın olarak Goodrich Fleksometreleri ile gerçekleştirilmektedir. Bununla birlikte, geleneksel fleksometreler çözünürlük ve tekrarlanabilirlik sorunlarından muzdariptir. Eplexor® tasarımının modülerliği, ısı birikimi testlerini gerçekleştirmek için konfigürasyonlar içerir. GABOMETER® , bu tür HBU-Testlerine adanmış en ekonomik çözümlerden biridir. Numunenin merkezindeki sıcaklığı ölçmek için kullanılan iğne şeklindeki ek termokupl, deneye aksi takdirde gizli kalacak maddi bilgiler ekler.
ASTM D623'e göre yüzey sıcaklığının ölçülmesi gereklidir, ancak bu tek başına, zamanın bir fonksiyonu olarak yükselen sıcaklık açısından iki numune arasında bir ayrım yapılmasına her zaman izin vermez (bkz. Şekil 2 - yüzeydeki sıcaklık). Numunenin merkezindeki sıcaklığı daha kesin bir şekilde ortaya çıkaran ek iğne tipi sıcaklık sensörüdür. Merkezdeki sıcaklık, dış yüzeylerdeki enerji kayıplarından en az etkilenen sıcaklıktır. Bu nedenle, ısı birikimi etkisinin neden olduğu sıcaklık farklılıklarını ortaya çıkarmak için de daha hassastır. A ve B numuneleri arasındaki enerji dağılımındaki farklılıklar, çekirdekte en belirgin olan sıcaklık farklılıklarına neden olur. Örnekte gösterildiği gibi (Şekil 2) A ve B bileşikleri arasında ayrım yapılmasını sağlayan çekirdek sıcaklığı ölçümüdür.
Peki bu farklılığın nedeni nedir?
A ve B numunelerinin temel bileşikleri aynıdır, ancak içerdikleri karbon siyahı türü açısından farklılık gösterirler. A numunesindeki karbon siyahı daha yüksek bir termal iletkenliğe sahiptir ve yüzeye daha yüksek ısı kayıplarına neden olur. Sonuç olarak, A örneğindeki çekirdek sıcaklığı, daha düşük iletkenliğe sahip B örneğine göre daha fazla düşer.
C) Tanδ Kaydının Faydaları
Şekil 4'te ısı birikimi testinin bir başka örneği gösterilmektedir. Bu test için çok farklı A ve C bileşikleri karşılaştırılmıştır. A numunesi, C numunesinin karşılık gelen sıcaklığından yaklaşık 20°C daha yüksek bir ısı birikimi sergilemektedir.
Sonuç olarak, polimerlerin sönümleme özellikleri (tanδ) de oldukça farklıdır. Bileşik C, bileşik A'dan çok daha düşük bir mekanik sönümleme ortaya koymaktadır. Malzeme C, daha düşük mekanik sönümleme kayıpları (tanδ) nedeniyle dinamik deformasyonları malzeme A'dan daha iyi takip edebilir.
Sonuç
Eplexor® 2000 N veya 4000 N sistemlerinin yanı sıra evrensel GABOMETER® 2000 N ve 4000 N fleksometreler, testlerde classical Goodrich Fleksometre yerine kullanılabilir ve kullanıcı için ek avantajlar sağlar. Çekirdek sıcaklığı ölçümleri için isteğe bağlı iğne termokupl, ısı birikimi etkisini tespit etmek için sistemin hassasiyetini önemli ölçüde artırır ve malzemenin özelliklerinin gelişmiş bir resmini sağlayabilir. Isı birikimi etkisi açısından birbirlerinden ayırt edilemeyen malzemeler, iğne kullanılarak güvenilir bir şekilde ayırt edilebilir.
Buna karşılık, ASTM D623 uyarınca sadece yüzey sıcaklığı kullanıldığında çok daha az bilgi elde edilir.
Modüler tasarımları sayesinde GABOMETER® sistemleri, viskoelastik malzeme özelliklerini belirleyebilmeleri veya tam DMTA işlevselliği elde edebilmeleri için yükseltilebilir. Bu tür iyileştirmeler, ihtiyaç duyulduğunda kurulumdan sonra herhangi bir zamanda gerçekleştirilebilir.