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AR Archivos mensuales: enero 2020
Acabado dimensional y superficial de los tubos poliméricos
Importancia del análisis dimensional y superficial de los tubos poliméricos
Los tubos fabricados con material polimérico se utilizan comúnmente en muchas industrias que van desde la automoción, la médica, la eléctrica y muchas otras categorías. En este estudio, se estudiaron catéteres médicos fabricados de diferentes materiales poliméricos utilizando 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 presentan, como las infecciones, los traumatismos y las 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.
En comparación con la microscopía óptica y la microscopía electrónica, la perfilometría 3D sin contacto que utiliza el cromatismo axial es muy preferible para caracterizar las superficies de los catéteres debido a su capacidad para medir los ángulos/la curvatura, la posibilidad de medir las superficies de los materiales a pesar de la transparencia o la reflectividad, la preparación mínima de las muestras y su carácter no invasivo. A diferencia de la microscopía óptica convencional, la altura de la superficie puede obtenerse y utilizarse para el análisis computacional; por ejemplo, encontrar las dimensiones y eliminar la forma para encontrar la rugosidad de la superficie. La escasa preparación de la muestra, a diferencia de la microscopía electrónica, y la naturaleza sin contacto también permiten una rápida recogida de datos sin temor a la contaminación y a los errores derivados de la preparación de la muestra.
Objetivo de medición
En esta aplicación, el perfilómetro sin contacto Nanovea 3D se utiliza para escanear la superficie de dos catéteres: uno de TPE (elastómero termoplástico) y otro de PVC (cloruro de polivinilo). Se obtendrán y compararán los parámetros de morfología, dimensión radial y altura de los dos catéteres.
Resultados y discusión
Superficie 3D
A pesar de la curvatura de los tubos poliméricos, el perfilómetro sin contacto Nanovea 3D puede escanear la superficie de los catéteres. A partir del escaneo realizado, se puede obtener una imagen en 3D para una inspección visual rápida y directa de la superficie.
Análisis dimensional 2D
La dimensión radial exterior se obtuvo extrayendo un perfil del escaneo original y ajustando un arco al perfil. Esto demuestra la capacidad del perfilómetro 3D sin contacto para llevar a cabo un rápido análisis dimensional para aplicaciones de control de calidad. También se pueden obtener fácilmente múltiples perfiles a lo largo de la longitud del catéter.
Análisis de la superficie Rugosidad
La dimensión radial exterior se obtuvo extrayendo un perfil del escaneo original y ajustando un arco al perfil. Esto demuestra la capacidad del perfilómetro 3D sin contacto para llevar a cabo un rápido análisis dimensional para aplicaciones de control de calidad. También se pueden obtener fácilmente múltiples perfiles a lo largo de la longitud del catéter.
Conclusión:
En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro sin contacto Nanovea 3D puede utilizarse para caracterizar tubos poliméricos. En concreto, se obtuvo la metrología de la superficie, las dimensiones radiales y la rugosidad de la superficie de los catéteres médicos. Se comprobó que el radio exterior del catéter de TPE era de 2,40 mm, mientras que el catéter de PVC era de 1,27 mm. La superficie del catéter de TPE resultó ser más rugosa que la del catéter de PVC. El Sa del TPE era de 0,9740µm en comparación con el 0,1791µm del PVC. Aunque se utilizaron catéteres médicos para esta aplicación, la perfilometría 3D sin contacto puede aplicarse también a una gran variedad de superficies. Los datos y cálculos que se pueden obtener no se limitan a lo que se muestra.
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Evaluación de la dureza de los dientes mediante nanoindentación
Importancia de la nanoindentación para los materiales biológicos
Con muchos ensayos mecánicos tradicionales (dureza, adherencia, compresión, punción, límite elástico, etc.), los entornos actuales de control de calidad con materiales sensibles avanzados, desde geles hasta materiales quebradizos, requieren ahora un control de mayor precisión y fiabilidad. La instrumentación mecánica tradicional no proporciona el control de carga sensible y la resolución requerida; está diseñada para utilizarse con materiales a granel. A medida que aumentaba el interés por el tamaño del material sometido a ensayo, surgió el desarrollo de Nanoindentación han proporcionado un método fiable para obtener información mecánica esencial en superficies más pequeñas, como la investigación que se realiza con biomateriales. Los retos específicamente asociados a los biomateriales han exigido el desarrollo de ensayos mecánicos capaces de controlar con precisión la carga en materiales extremadamente blandos a quebradizos. Además, se necesitan varios instrumentos para realizar diversas pruebas mecánicas que ahora pueden realizarse en un único sistema. La nanoindentación ofrece una amplia gama de mediciones con una resolución precisa en cargas nanocontroladas para aplicaciones sensibles.
Objetivo de medición
En esta aplicación, el Nanovea Probador 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; aquí tomamos un diente cortado y lo montamos con epoxi dejando las tres áreas de interés expuestas para la prueba.
Resultados y discusión
Esta sección incluye una tabla resumen que compara los principales resultados numéricos de las diferentes muestras, seguida de los listados de resultados completos, que incluyen cada indentación realizada, acompañados 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 medias y desviaciones estándar. Hay que tener en cuenta que pueden producirse grandes variaciones en los resultados en el caso de que la rugosidad de la superficie esté en el mismo rango de tamaño que la indentación.
Tabla resumen de los principales resultados numéricos:
Conclusión:
En conclusión, hemos mostrado cómo el Nanovea Mechanical Tester, en modo de nanoindentación, proporciona una medición precisa de las propiedades mecánicas de un diente. Los datos pueden utilizarse en el desarrollo de empastes que se ajusten mejor a las características mecánicas de un diente real. La capacidad de posicionamiento del Nanovea Mechanical Tester permite un mapeo completo de la dureza de los dientes en las distintas zonas.
Utilizando el mismo sistema, es posible ensayar la tenacidad a la fractura del material de los dientes con cargas más altas, hasta 200N. Se puede utilizar un ensayo de carga de varios ciclos 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 nano módulo Nanovea es ideal para estas pruebas porque utiliza una respuesta de retroalimentación única para controlar con precisión la carga aplicada. Gracias a ello, el módulo nano también puede utilizarse para realizar ensayos precisos de nano arañazos. El estudio de la resistencia al rayado y al desgaste del material dental y de los materiales de obturación se suma a la utilidad general del comprobador mecánico. El uso de una punta afilada de 2 micras para comparar cuantitativamente el deterioro de los materiales de obturación permitirá predecir mejor el comportamiento en aplicaciones reales. Las pruebas de desgaste de varias pasadas o de desgaste rotativo directo son también pruebas comunes que proporcionan información importante sobre la viabilidad a largo plazo.
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Evaluación de la fricción a velocidades extremadamente bajas
Importancia de la evaluación de la fricción a bajas velocidades
La fricción es la fuerza que resiste el movimiento relativo de las superficies sólidas que se deslizan una contra otra. Cuando se produce el movimiento relativo de estas dos superficies en contacto, la fricción en la interfaz convierte la energía cinética en calor. Este proceso también puede provocar el desgaste del material y, por tanto, la degradación del rendimiento de las piezas en uso.
Con una gran relación de estiramiento, alta resiliencia, así como grandes propiedades de impermeabilidad y resistencia al desgaste, el caucho se aplica ampliamente en una variedad de aplicaciones y productos en los que la fricción desempeña un papel importante, como los neumáticos de los automóviles, las escobillas del limpiaparabrisas. las suelas de los zapatos y muchos otros. Dependiendo de la naturaleza y los requisitos de estas aplicaciones, se desea una fricción alta o baja contra diferentes materiales. En consecuencia, resulta fundamental una medición controlada y fiable de la fricción del caucho contra diversas superficies.
Objetivo de medición
El coeficiente de fricción (COF) del caucho contra diferentes materiales se mide de forma controlada y monitorizada mediante el Nanovea Tribómetro. En este estudio, nos gustaría mostrar la capacidad del Nanovea Tribometer para medir el COF de diferentes materiales a velocidades extremadamente bajas.
Resultados y discusión
El coeficiente de fricción (COF) de las bolas de caucho (6 mm de diámetro, RubberMill) sobre tres materiales (acero inoxidable SS 316, Cu 110 y acrílico opcional) se evaluó mediante el tribómetro Nanovea. Las muestras metálicas probadas se pulieron mecánicamente hasta conseguir un acabado superficial similar al de un espejo antes de la medición. La ligera deformación de la bola de goma bajo la carga normal aplicada creó un área de contacto, que también ayuda a reducir el impacto de las asperezas o la falta de homogeneidad del acabado de la superficie de la muestra en las mediciones del COF. Los parámetros de la prueba se resumen en la Tabla 1.
El COF de una pelota de goma contra diferentes materiales a cuatro velocidades distintas se muestra en la Figura 2, y en la figura 3 se resumen y comparan los COF medios calculados automáticamente por el software. Resulta interesante que las muestras metálicas (SS 316 y Cu 110) muestran un aumento significativo de los COF a medida que la velocidad de rotación aumenta desde un valor muy bajo de 0,01 rpm hasta 5 rpm -el valor del COF de la pareja caucho/SS 316 aumenta de 0,29 a 0,8, y de 0,65 a 1,1 para la pareja caucho/Cu 110. Este hallazgo coincide con los resultados comunicados por varios laboratorios. Como propone Grosch4 La fricción del caucho viene determinada principalmente por dos mecanismos: (1) la adhesión entre el caucho y el otro material, y (2) las pérdidas de energía debidas a la deformación del caucho causada por las asperezas de la superficie. Schallamach5 observaron ondas de desprendimiento del caucho del contramaterial a través de la interfaz entre las esferas de caucho blando y una superficie dura. La fuerza que ejerce el caucho para desprenderse de la superficie del sustrato y la velocidad de las ondas de desprendimiento pueden explicar la diferente fricción a diferentes velocidades durante la prueba.
En comparación, la pareja de material de caucho/acrílico presenta un alto COF a diferentes velocidades de rotación. El valor del COF aumenta ligeramente de ~ 1,02 a ~ 1,09 a medida que la velocidad de rotación aumenta de 0,01 rpm a 5 rpm. Este elevado COF se atribuye posiblemente a una mayor unión química local en la cara de contacto formada durante las pruebas.
Conclusión:
En este estudio, mostramos que a velocidades extremadamente bajas, el caucho muestra un comportamiento de fricción peculiar: su fricción contra una superficie dura aumenta con el incremento de la velocidad del movimiento relativo. El caucho muestra una fricción diferente cuando se desliza sobre diferentes materiales. El Tribómetro Nanovea puede evaluar las propiedades de fricción de los materiales de forma controlada y monitorizada a diferentes velocidades, lo que permite a los usuarios mejorar la comprensión fundamental del mecanismo de fricción de los materiales y seleccionar la mejor pareja de materiales para las aplicaciones de ingeniería tribológica previstas.
El tribómetro Nanovea ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles mediante modos rotativos y lineales conformes a las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribo-corrosión disponibles en un sistema preintegrado. Es capaz de controlar la etapa rotativa a velocidades extremadamente bajas, de hasta 0,01 rpm, y supervisar la evolución de la fricción in situ. La gama inigualable de Nanovea es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.
