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AR Archivos mensuales: enero 2020
Acabado dimensional y superficial de los tubos poliméricos
Importance of Dimensional and Surface Analysis of Polymeric Tubes
Tubes made from polymeric material are commonly used in many industries ranging from automotive, medical, electrical, and many other categories. In this study, medical catheters made of different polymeric materials were studied using the Nanovea Perfilómetro 3D sin contacto para medir la rugosidad, la morfología y las dimensiones de la superficie. La rugosidad de la superficie es crucial para los catéteres, ya que muchos de los problemas que estos presentan, como infecciones, traumatismos físicos e inflamaciones, pueden estar relacionados con la superficie del catéter. Las propiedades mecánicas, como el coeficiente de fricción, también pueden estudiarse observando las propiedades de la superficie. Estos datos cuantificables pueden obtenerse para garantizar que el catéter pueda utilizarse en aplicaciones médicas.
Compared to optical microscopy and electron microscopy, 3D Non-Contact Profilometry using axial chromatism is highly preferable for characterizing catheter surfaces due to its ability to measure angles/curvature, ability to measure material surfaces despite transparency or reflectivity, minimal sample preparation, and non-invasive nature. Unlike conventional optical microscopy, the height of the surface can be obtained and used for computational analysis; e.g. finding dimensions and removing form to find surface roughness. Having little sample preparation, in contrast to electron microscopy, and non-contact nature also allows for quick data collection without fearing contamination and error from sample preparation.
Objetivo de medición
In this application, the Nanovea 3D Non-Contact Profilometer is used to scan the surface of two catheters: one made of TPE (Thermoplastic Elastomer) and the other made of PVC (Polyvinyl Chloride). The morphology, radial dimension, and height parameters of the two catheters will be obtained and compared.
Resultados y debate
Superficie 3D
Despite the curvature on polymeric tubes, the Nanovea 3D Non-contact profilometer can scan the surface of the catheters. From the scan done, a 3D image can be obtained for quick, direct visual inspection of the surface.
2D Dimensional Analysis
The outer radial dimension was obtained by extracting a profile from the original scan and fitting an arc to the profile. This shows the ability of the 3D Non-contact profilometer in conducting quick dimensional analysis for quality control applications. Multiple profiles can easily be obtained along the catheter’s length as well.
Surface Analysis Roughness
The outer radial dimension was obtained by extracting a profile from the original scan and fitting an arc to the profile. This shows the ability of the 3D Non-contact profilometer in conducting quick dimensional analysis for quality control applications. Multiple profiles can easily be obtained along the catheter’s length as well.
Conclusión
In this application, we have shown how the Nanovea 3D Non-contact profilometer can be used to characterize polymeric tubes. Specifically, surface metrology, radial dimensions, and surface roughness were obtained for medical catheters. The outer radius of the TPE catheter was found to be 2.40mm while the PVC catheter was 1.27mm. The surface of the TPE catheter was found to be rougher than the PVC catheter. The Sa of TPE was 0.9740µm compared to 0.1791µm of PVC. While medical catheters were used for this application, 3D Non-Contact Profilometry can be applied to a large variety of surfaces as well. Obtainable data and calculations are not limited to what is shown.
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Evaluación de la dureza dental mediante nanoindentación
Importancia de la nanoindentación para los biomateriales
Con muchas pruebas mecánicas tradicionales (dureza, adhesión, compresión, perforación, límite elástico, etc.), los entornos actuales de control de calidad con materiales sensibles avanzados, desde geles hasta materiales frágiles, requieren ahora un mayor control de la precisión y la fiabilidad. Los instrumentos mecánicos tradicionales no proporcionan el control de carga sensible y la resolución necesarios, ya que están diseñados para utilizarse con materiales a granel. A medida que el tamaño de los materiales sometidos a prueba cobró mayor interés, se desarrolló Nanoindentación proporcionó un método confiable para obtener información mecánica esencial en superficies más pequeñas, como la investigación que se realiza con biomateriales. Los retos específicos asociados a los biomateriales han requerido el desarrollo de ensayos mecánicos capaces de controlar con precisión la carga en materiales extremadamente blandos o frágiles. Además, se necesitan múltiples instrumentos para realizar diversos ensayos mecánicos que ahora pueden llevarse a cabo en un solo sistema. La nanoindentación proporciona una amplia gama de mediciones con una resolución precisa a cargas controladas a nanoescala para aplicaciones sensibles.
Objetivo de medición
En esta aplicación, Nanovea Comprobador mecánico, en modo nanoindentación, se utiliza para estudiar la dureza y el módulo elástico de la dentina, la caries y la pulpa de un diente. El aspecto más crítico de las pruebas de nanoindentación es asegurar la muestra. En este caso, tomamos un diente cortado y lo montamos con epoxi, dejando expuestas las tres áreas de interés para la prueba.
Resultados y debate
Esta sección incluye una tabla resumen que compara los principales resultados numéricos de las diferentes muestras, seguida de la lista completa de resultados, incluyendo cada indentación realizada, acompañada de micrografías de la indentación, cuando están disponibles. Estos resultados completos presentan los valores medidos de dureza y módulo de Young como la profundidad de penetración con sus promedios y desviaciones estándar. Debe tenerse en cuenta que pueden producirse grandes variaciones en los resultados en caso de que la rugosidad de la superficie se encuentre en el mismo rango de tamaño que la indentación.
Cuadro resumen de los principales resultados numéricos:
Conclusión
En conclusión, hemos demostrado cómo el Nanovea Mechanical Tester, en modo nanoindentación, proporciona una medición precisa de las propiedades mecánicas de un diente. Los datos pueden utilizarse en el desarrollo de empastes que se adapten mejor a las características mecánicas de un diente real. La capacidad de posicionamiento del Nanovea Mechanical Tester permite realizar un mapeo completo de la dureza de los dientes en las distintas zonas.
Utilizando el mismo sistema, es posible probar la resistencia a la fractura del material dental con cargas más elevadas, de hasta 200 N. Se puede realizar una prueba de carga multiciclo en materiales más porosos para evaluar el nivel de elasticidad restante. El uso de una punta de diamante cilíndrica plana puede proporcionar información sobre el límite elástico en cada zona. Además, con el “análisis mecánico dinámico” (DMA), se pueden evaluar las propiedades viscoelásticas, incluidos los módulos de pérdida y almacenamiento.
El nanomódulo Nanovea es ideal para estas pruebas porque utiliza una respuesta de retroalimentación única para controlar con precisión la carga aplicada. Gracias a ello, el nanomódulo también se puede utilizar para realizar pruebas precisas de nanoarañazos. El estudio de la resistencia al rayado y al desgaste de los materiales dentales y de obturación aumenta la utilidad general del probador mecánico. El uso de una punta afilada de 2 micras para comparar cuantitativamente el desgaste de los materiales de obturación permitirá predecir mejor el comportamiento en aplicaciones reales. Las pruebas de desgaste multipaso o de desgaste rotativo directo también son pruebas comunes que proporcionan información importante sobre la viabilidad a largo plazo.
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Evaluación de la fricción a velocidades extremadamente bajas
Importance of Friction Evaluation at Low Speeds
Friction is the force that resists the relative motion of solid surfaces sliding against each other. When the relative motion of these two contact surfaces takes place, the friction at the interface converts the kinetic energy into heat. Such a process can also lead to wear of the material and thus performance degradation of the parts in use.
With a large stretch ratio, high resilience, as well as great waterproof properties and wear resistance, rubber is extensively applied in a variety of applications and products in which friction plays an important role, such as automobile tires, windshield wiper blades. shoe soles and many others. Depending on the nature and requirement of these applications, either high or low friction against different material is desired. As a consequence, a controlled and reliable measurement of friction of rubber against various surfaces becomes critical.
Objetivo de medición
The coefficient of friction (COF) of rubber against different materials is measured in a controlled and monitored manner using the Nanovea Tribómetro. In this study, we would like to showcase the capacity of Nanovea Tribometer for measuring the COF of different materials at extremely low speeds.
Resultados y debate
The coefficient of friction (COF) of rubber balls (6 mm dia., RubberMill) on three materials (Stainless steel SS 316, Cu 110 and optional Acrylic) was evaluated by Nanovea Tribometer. The tested metal samples were mechanically polished to a mirror-like surface finish before the measurement. The slight deformation of the rubber ball under the applied normal load created an area contact, which also helps to reduce the impact of asperities or inhomogeneity of sample surface finish to the COF measurements. The test parameters are summarized in Table 1.
The COF of a rubber ball against different materials at four different speeds is shown in Figure. 2, and the average COFs calculated automatically by the software are summarized and compared in Figure 3. It is interesting that the metal samples (SS 316 and Cu 110) exhibit significantly increased COFs as the rotational speed increases from a very low value of 0.01 rpm to 5 rpm -the COF value of the rubber/SS 316 couple increases from 0.29 to 0.8, and from 0.65 to 1.1 for the rubber/Cu 110 couple. This finding is in agreement with the results reported from several laboratories. As proposed by Grosch4 the friction of rubber is mainly determined by two mechanisms: (1) the adhesion between rubber and the other material, and (2) the energy losses due to the deformation of the rubber caused by surface asperities. Schallamach5 observed waves of detachment of rubber from the counter material across the interface between soft rubber spheres and a hard surface. The force for rubber to peel from the substrate surface and rate of waves of detachment can explain the different friction at different speeds during the test.
In comparison, the rubber/acrylic material couple exhibits high COF at different rotational speeds. The COF value slightly increases from ~ 1.02 to ~ 1.09 as the rotational speed increases from 0.01 rpm to 5 rpm. Such high COF is possibly attributed to stronger local chemical bonding at the contact face formed during the tests.
Conclusión
In this study, we show that at extremely low speeds, the rubber exhibits a peculiar frictional behavior – its friction against a hard surface increases with the increased speed of the relative movement. Rubber shows different friction when it slides on different materials. Nanovea Tribometer can evaluate the frictional properties of materials in a controlled and monitored manner at different speeds, allowing users to improve fundamental understanding of the friction mechanism of the materials and select the best material couple for targeted tribological engineering applications.
Nanovea Tribometer offers precise and repeatable wear and friction testing using ISO and ASTM compliant rotative and linear modes, with optional high-temperature wear, lubrication and tribo-corrosion modules available in one pre-integrated system. It is capable of controlling the rotational stage at extremely low speeds down to 0.01 rpm and monitor the evolution of friction in situ. Nanovea’s unmatched range is an ideal solution for determining the full range of tribological properties of thin or thick, soft or hard coatings, films, and substrates.
