弹性 /反弹

弹性定义为从变形到产生变形所需的能量的能量之比,通常以百分比表示。磁滞是每周循环的能量损失百分比,减去弹性百分比。滞后是内部摩擦的结果,是机械能转化为热量的结果。热积聚是由于滞后引起的温度升高。

通常,通过四种方式之一,通过撞击测试,自由振动或强制振动方法来确定弹性。

低速应力 - 应变是通过使用低应变速率和较大的变形速率在张力,压缩或剪切中加载和卸载样品来获得的。由于大多数实际应用涉及相对较高频率和低振幅的振动应力,因此低速应力 - 应变环通常不用于测量滞后。

通过撞击测量弹性的最广泛使用的方法涉及某种形式的反弹。一个非常简单的测试包括将金属球从已知的高度掉到牢固支撑的橡胶样品上,并测量反弹的高度,就像Bashore弹性计一样。

但是,由于没有循环互换电势和动能,因此撞击测试不等于振动测试。Yerzley振荡器是一种测量振动弹性的广泛使用的仪器。该仪器之所以受欢迎,是因为它涉及相对较高的速度变形(比应力 - 应变循环快很多次,尽管比撞击弹性测试要慢得多)通过一个或多个完整的振动循环,并且得出精确且可再现的数据。但是,该频率与许多涉及振动的应用的频率不同。


图2
Yerzley Oscillpgraph


由于图表安装在旋转的滚筒上,因此痕迹具有正弦波的形式,如图3所示。

该设备由支撑在刀边缘支撑的平衡梁组成,重物被添加到一端以应对刀边缘另一侧的样品。当释放权重时,会自动记录阻尼曲线的痕迹。在压缩中具有大于280 psi的材料,变形为10%。因此,Yerzley测试仅限于氨基甲酸酯(持久性90A或更低)。

Bashore反弹测试可用于所有硬度的橡胶,但不会产生精确且与众不同的结果,作为Yerzley的弹性。撞击可能导致样品内产生的热量导致温度升高。弹性是温度的函数,通常在加热橡胶时会增加。

强制振动方法可用于测量弹性,但通常使用它们来确定样品中的热量积聚。ASTM D-223中描述的三个挠性计最常用于此测量。这些被称为固特异,凡世通和圣乔屈曲计。它们最常用于将各种组合与其性能通过实际使用确定的组合物进行比较。

存在一种趋势,即几乎所有用途都不令人满意。这不是不必要的。在某些振动阻尼应用中,具有相对较低弹性的化合物可能是可取的,因为它们的阻尼效果限制了可能在使用中发展的最大振幅。

为了振动,阻尼目的的弹性要求主要取决于振动的频率和振幅。低弹性化合物中的滞后会导致零件中的热量积聚。在这种情况下,应使用高弹性的组合物。

阻尼是指自由振动系统中振动幅度的减小。阻尼是滞后的结果,两个术语经常互换使用。

通过温度升高或平衡温度测量的热产生在非共振下强制振动的样品与实际服务的要求相比,比弹性更接近。给定振幅下的温度升高取决于橡胶化合物的弹性和压缩/偏转。弹性决定了转化为热量的振动能的比例,但是在给定幅度下的振动能的实际值与动态模量成正比。

振幅和频率对振动特性的影响

如果橡胶温度没有明显的升高,则动态模量和动态弹性与普通机械频率范围的频率无关。随着频率的增加而导致内部热量产生的橡胶温度的任何升高,趋于降低动态模量并提高弹性。牙龈化合物的动态特性通常不受振幅影响;但是,使用填充的化合物,即使橡胶中的温度恒定,动态模量也随振幅的增加而降低。温度的任何升高都会导致这种效果。弹性不受温度变化间接期望的振幅影响。

在图4中比较了0至250F(-18C至121C)的温度范围内的尿电烷和自然橡胶的弹性。



随着温度从0增加到50F(-8C至10C),氨基甲酸酯的依赖性增加,然后几乎变为恒定。几乎恒定允许对设计温度可能有很大差异的设计信心。

在高频弯曲下,氨基甲酸酯部件的热量积聚超过了常规弹性体的热量,这是在动态条件下过早失败的通常原因。由于氨基甲酸酯弹性体的热导率低,因此无法轻易消散内部摩擦的热量。因此,在使用氨酸盐设计时,热量积聚的效果是非常重要的考虑因素。通过使用薄的横截面可以最大程度地减少其不良反应,从而更容易散发热量。氨基甲酸酯弹性体的高强度和负载能力使得可以使用截面,该切片足够薄,可以以与开发的相同速率散发热量。

表I中示出了氨基甲酸酯典型化合物的弹性值。

表格1
氨基甲酸酯的弹性
聚氨酯硬度 Yerzley的弹性 Bashore的弹性
僵局岸a
58 72 - -
75 70 60
80 70 60
85 65 - -
90 65 45
95 - - 39
僵局岸d
58 - -
72 48
75 50

与在55a至85a的硬度范围内的天然橡胶相比(图5),氨基甲酸酯显示出弹性的变化很小。

图5


可以将尿电烷配制为具有较高或低弹性。图6显示了具有高弹性和低弹性的化合物的Yerzley振荡图。



与许多类型的弹性体相比,尿电烷提供更大的硬度范围,其弹性的牺牲能力较小。这是一个特征,因为氨基氨酸是非增强的,而橡胶需要使用填充剂来发展最佳特性。
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