Metoda badawcza SAE J2979 do określania relaksacji naprężeń ściskających (CSR) dla gumy wulkanizowanej i elastomerów termoplastycznych

Norma „SAE J2979 Metoda badania relaksacji naprężeń ściskających (CSR) w przypadku wulkanizowanej gumy i elastomerów termoplastycznych” , opracowana przez Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Motoryzacji (SAE) , opisuje metodę badania relaksacji naprężeń ściskających (CSR) za pomocą przyrządu pomiarowego CSR Jig zgodnego ze standardem motoryzacyjnym (ASD) z wykorzystaniem odpowiedniej aparatury, konfiguracji i procedur. Norma ta definiuje niezbędny sprzęt, wytyczne dotyczące przeprowadzania badania oraz format generowania wyników i analizy danych.

W niniejszej normie określono procedury testowe i warunki wyznaczania strat siły przeciwdziałającej przycisku o średnicy 12,7 mm zamocowanego w przyrządzie ASD CSR Jig przy stałym odkształceniu, mierzonym okresowo w temperaturze pokojowej, po narażeniu na działanie podwyższonych temperatur lub cieczy.

Niniejsza norma jest przeznaczona do badania gumy wulkanizowanej i elastomerów termoplastycznych o chwilowej twardości typu A w zakresie od 45 do 90 (norma ASTM D2240). Próbki są formowane i utwardzane zgodnie z normą ASTM D3182.

Niniejsza norma określa szczegółową metodę testowania przyrządu ASD CSR Jig, w tym listę wymaganej aparatury i kontroli jakości całego systemu. Normę opracowano na podstawie badań nowych i istniejących próbek. Metoda ta może obejmować niebezpieczne materiały, procesy i urządzenia. Nie ma ona na celu rozwiązania wszystkich problemów bezpieczeństwa związanych z jej stosowaniem. Użytkownik metody jest odpowiedzialny za ustanowienie odpowiednich praktyk bezpieczeństwa i higieny pracy oraz określenie stosowalności ograniczeń regulacyjnych przed jej zastosowaniem.

Określenie odpowiedzi na relaksację naprężeń ściskających (CSR) wulkanizowanej gumy i elastomerów termoplastycznych to badanie techniczne mające na celu zrozumienie procesów relaksacji naprężeń występujących w materiałach elastomerowych w czasie. Definicja elastomeru odnosi się do gumy i elastomerów termoplastycznych. Są one szeroko stosowane w zastosowaniach motoryzacyjnych, uszczelnieniach, przewodach, tłumikach drgań i podobnych zastosowaniach. Materiały elastomerowe tracą naprężenia wewnętrzne z upływem czasu pod wpływem długotrwałego obciążenia, co prowadzi do pogorszenia ich funkcjonalności. Relaksacja naprężeń ściskających (CSR) odnosi się do stopniowego uwalniania naprężeń przez materiał poddawany ciągłemu odkształceniu.

Głównymi czynnikami wpływającymi na redukcję stresu w warunkach stałego obciążenia (CSR) są:

• temperatura
• Zaman
• Rodzaj materiału (guma, elastomer termoplastyczny)
• Gęstość wiązań poprzecznych
• Warunki otoczenia (powietrze, olej, woda)

Norma SAE J2979, powszechnie stosowana przez producentów oryginalnego wyposażenia samochodowego i dostawców materiałów, określa metodę pomiaru relaksacji naprężeń ściskających w materiałach elastomerowych przy stałym odkształceniu za pomocą przyrządu pomiarowego CSR Jig zgodnego z normą motoryzacyjną (ASD). Metoda ta mierzy, jak siła uszczelniająca (lub siła przywracająca) w materiałach takich jak guma wulkanizowana i elastomery termoplastyczne maleje z upływem czasu pod wpływem stałego ciśnienia i stałego odkształcenia.

Próbki są zgodne z protokołami formowania i utwardzania określonymi w normie ASTM D3182, a badania mogą obejmować wystawienie na działanie wysokich temperatur lub środowisk ciekłych w celu oceny długoterminowej wydajności.

Sercem procedury jest przyrząd pomiarowy ASD CSR. Próbki testowe składają się zazwyczaj z guzików o średnicy 12,7 mm, ściskanych między sztywnymi płytkami dociskowymi o stałym odkształceniu. W testach stosuje się skalibrowane przyrządy pomiarowe do ściskania, kompatybilne z przyrządem CSR, oraz ogniwo obciążnikowe lub system pomiaru siły, umożliwiający ciągłe lub przerywane monitorowanie.

Metoda ta zazwyczaj składa się z następujących kroków:

• Początkowe ściskanie: do próbki elastomeru w czasie zero przyłożono stałą deformację (odkształcenie stałe).
• Monitorowanie siły: Obciążenie przywracające jest rejestrowane w sposób ciągły (preferowane) lub w okresowych odstępach czasu (w przypadku testów w wysokiej temperaturze/cieczy).
• Krzywa reakcji relaksacyjnej: Charakteryzuje zachowanie CSR poprzez przedstawienie redukcji siły w czasie jako procent siły początkowej.
• Różne warunki: testy można powtarzać w różnych temperaturach lub warunkach ekspozycji na ciecze, w zależności od starzenia się modelu lub jego zachowania podczas eksploatacji.

Norma SAE J2979 jest ważna, ponieważ zapewnia spójną i powtarzalną metodę oceny utraty wytrzymałości wulkanizowanej gumy i elastomerów termoplastycznych pod wpływem nacisku (zachowanie znane jako relaksacja naprężeń ściskających). Ta właściwość ma kluczowe znaczenie dla uszczelnień, uszczelnień i innych elementów elastomerowych stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym i kosmonautycznym. Norma ta jest uważana za ważną z następujących powodów:

• Przewiduje długoterminową skuteczność uszczelnienia: Aby zapobiec przeciekom, uszczelki i podkładki muszą zachować wytrzymałość na ściskanie. Z czasem elastomery mogą się rozluźniać, zmniejszając wytrzymałość uszczelnienia, nawet jeśli powrócą do pierwotnego kształtu (tj. niska wytrzymałość na ściskanie nie gwarantuje utrzymania wytrzymałości). Testy CSR wskazują, jak dobrze materiał zachowuje swoją wytrzymałość uszczelnienia podczas użytkowania, szczególnie w wysokich temperaturach lub w agresywnym środowisku.
• Usprawnia dobór materiałów: Norma ta pozwala inżynierom porównywać składy elastomerów i wybierać te, które charakteryzują się najlepszą długoterminową wydajnością w realistycznych warunkach eksploatacji. Jest to niezwykle istotne, gdy:
  • Układy napędowe samochodów (uszczelki silnika, uszczelki skrzyni biegów)
  • Elementy układu paliwowego
  • Systemy HVAC lub chłodzenia
• Standaryzuje metodę w całej branży: Dzięki tej normie wymiary próbek testowych, stopień kompresji, użycie aparatu ASD CSR oraz zakresy pomiarowe są standaryzowane. Norma ta jest stosowana przez różne laboratoria, dostawców i producenci oryginalnego sprzętu Dzięki temu inżynierowie mogą stosować te same procedury. Prowadzi to do porównywalności danych, lepszej kontroli jakości i podejmowania bardziej trafnych decyzji projektowych.
• Wykracza to poza proste testy odkształcenia trwałego po ściskaniu: testy odkształcenia trwałego po ściskaniu mierzą, jak bardzo materiał powraca do pierwotnego kształtu po ściśnięciu, ale nie wskazują, ile siły uszczelniającej zanika z upływem czasu. Test CSR, zdefiniowany w tej normie, mierzy rzeczywistą redukcję siły i zapewnia dokładniejszy obraz rzeczywistej wydajności.
• Wspiera testy starzenia i odporności na czynniki środowiskowe: Metodę tę można dostosować do oceny zachowania się materiałów w następujących warunkach:
  • Wysokie temperatury (starzenie termiczne)
  • Zanurzenie w cieczy (odporność chemiczna)
  • Długie okresy (trwałość)

Ma to kluczowe znaczenie przy ocenie elastomerów przeznaczonych do środowisk o dużych wymaganiach, takich jak komory silnika, gdzie materiały muszą przez lata wytrzymywać obciążenia termiczne i chemiczne.

• Stosowanie w kwalifikacji i specyfikacji: Wielu producentów oryginalnego wyposażenia samochodowego odwołuje się do wymogów CSR w swoich specyfikacjach materiałowych, a norma SAE J2979 jest często preferowaną metodą testowania.

W rezultacie norma SAE J2979 zapewnia szczegółową i powtarzalną metodę określania relaksacji naprężeń ściskających elastomerów w określonych warunkach odkształcenia i środowiska. Zastosowanie aparatury ASD CSR oraz specjalnych procedur kontroli czyni ją niezastąpioną normą w rozwoju i walidacji komponentów uszczelnień samochodowych.

Nasza organizacja, która od lat wspiera firmy z wszystkich sektorów, oferując szeroki zakres usług testowych, pomiarowych, analitycznych i ewaluacyjnych, może pochwalić się silnym zespołem pracowników, którzy uważnie śledzą światowe osiągnięcia nauki i technologii oraz stale się rozwijają. W tym kontekście świadczymy również usługi testowe zgodnie z normą „SAE J2979 Metoda testowania do określania relaksacji naprężeń ściskających (CSR) dla gumy wulkanizowanej i elastomerów termoplastycznych”.