Design of Equipment for Characterization of Elastomers Using Impact Testing

Abstract: Ett viktigt moment vid tillverkning av kartongmaterial till livsmedels-förpackningar är laminatorn. I laminatorn täcks råpappersmaterialet av smält polymer i det så kallade nypet. Nypet i sin tur består av en stor kylvals och en mindre gummiklädd nypvals. Genom att styra kraften som verkar på nypvalsen kan kontakttrycket i nypet regleras. Vinkelhastigheten med vilken nypvalsen roterar är stor och detta ger upphov till att ett tänkt gummielement i nypvalsens beläggning utsätts för en hög cyklisk belastning. För att kunna simulera gummimaterialets beteende vid snabba kompressionsförlopp krävs goda materialmodeller som beskriver materialets dynamiska egenskaper. Nuvarande materialmodeller bygger på testdata från harmoniska skjuvningstest där test vid höga frekvenser är svåra att utföra. Detta examensarbete syftar till att utvärdera en alternativ testmetod presenterad av Universitetslektor Per-Erik Austrell i "Dynamic characterization of elastomers using impact testing, 2009". Metoden bygger på ett enkelt falltest där ett gummiprov belastas genom att en känd massa släpps på materialet samtidigt som den resulterande kraften och förskjutningen i materialet mäts simultant. För att utvärdera metoden designades och byggdes en testrig innehållande mätutrustning med hög uppdateringsfrekvens och noggrannhet. Förskjutningen i provkroppen mättes med en triangulerande laser och kraften i stödet av en piezoelektrisk kraftgivare. Testresultaten från mätmetoden jämfördes med motsvarande testdata från ett harmoniskt skjuvtest. Testerna visade på ett fel i den triangulerande lasern. Felet kom att påverka förskjutningskurvans startpunkt och därmed göra mätningar av dämpningen i materialet felaktiga eller osäkra. Påverkan av felet i lasern undersöktes även genom att tester filmades medelst en höghastighetskamera och laserns mätdata utvärderades med bildanalysmjukvara. Resultatet visade felaktiga datapunkter i början av kompressionskurvan, efter några felaktiga mätpunkter returnerar lasern åter rätt värden. Felet påverkade ej mätningen av den maximala förskjutningen i provkroppen. Med kunskap om maximal förskjutning och kraft möjliggörs beräkningar av gummikroppens dynamiska elasticitetsmodul vid aktuellt belastningsfall. Utvärderingen påvisade svårigheter i att erhålla en bred spridning av frekvens och töjningsamplitud i testdatan. Jämförelser med de harmoniska referenstesterna visade även att den dynamiska modulen från falltestet är en faktor två högre. Detta kan delvis förklaras med att materialet ej är tillräckligt rekonditionerat innan testning. Dock har en fullständig förklaring ej kunnat finnas.