ES 
EN 
DE 
FR 
IT 
ZH 
JA 
PT 
TR 
KO 
PL 
AR Archivos mensuales: noviembre 2020
Análisis Mecánico Dinámico (AMD) Barrido de frecuencias en polímeros
BARRIDO DE FRECUENCIA DMA
EN POLÍMEROS MEDIANTE NANOINDENTACIÓN
Preparado por
Duanjie Li, Doctor en Filosofía
INTRODUCCIÓN
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS MECÁNICO DINÁMICO PRUEBA DE BARRIDO DE FRECUENCIA
La frecuencia cambiante de la tensión a menudo conduce a variaciones en el módulo complejo, que es una propiedad mecánica crítica de los polímeros. Por ejemplo, los neumáticos están sujetos a grandes deformaciones cíclicas cuando los vehículos circulan por la carretera. La frecuencia de la presión y la deformación cambia a medida que el automóvil acelera a velocidades más altas. Un cambio de este tipo puede dar lugar a una variación de las propiedades viscoelásticas del neumático, que son factores importantes en el rendimiento del coche. Se necesita una prueba fiable y repetible del comportamiento viscoelástico de los polímeros a diferentes frecuencias. El módulo Nano de la NANOVEA Probador Mecánico genera una carga sinusoidal mediante un actuador piezoeléctrico de alta precisión y mide directamente la evolución de la fuerza y el desplazamiento utilizando una celda de carga ultrasensible y un condensador. La combinación de fácil configuración y alta precisión lo convierte en una herramienta ideal para el barrido de frecuencia del análisis mecánico dinámico.
Los materiales viscoelásticos presentan características tanto viscosas como elásticas cuando se deforman. Las largas cadenas moleculares de los materiales poliméricos contribuyen a sus propiedades viscoelásticas únicas, es decir, una combinación de las características de los sólidos elásticos y los fluidos newtonianos. La tensión, la temperatura, la frecuencia y otros factores influyen en las propiedades viscoelásticas. El análisis mecánico dinámico, también conocido como DMA, estudia el comportamiento viscoelástico y el módulo complejo del material aplicando una tensión sinusoidal y midiendo el cambio de la deformación.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, estudiamos las propiedades viscoelásticas de una muestra de neumático pulido a diferentes frecuencias de DMA utilizando el probador mecánico más potente, NANOVEA PB1000, en Nanoindentación modo.
NANOVEA
PB1000
CONDICIONES DE PRUEBA
FRECUENCIAS (Hz):
0.1, 1.5, 10, 20
TIEMPO DE FLUENCIA EN CADA FRECUENCIA
50 segundos
TENSIÓN DE OSCILACIÓN
0.1 V
TENSIÓN DE CARGA
1 V
tipo de penetrador
Esférico
Diamante | 100 μm
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El barrido de frecuencia del Análisis Mecánico Dinámico en la carga máxima permite una medición rápida y sencilla de las características viscoelásticas de la muestra a diferentes frecuencias de carga en un solo ensayo. El cambio de fase y las amplitudes de las ondas de carga y desplazamiento a diferentes frecuencias pueden utilizarse para calcular una variedad de propiedades viscoelásticas fundamentales del material, incluyendo Módulo de almacenamiento, Módulo de pérdida y Tan (δ) como se resume en los siguientes gráficos.
Las frecuencias de 1, 5, 10 y 20 Hz en este estudio, corresponden a velocidades de unos 7, 33, 67 y 134 km por hora. A medida que la frecuencia de ensayo aumenta de 0,1 a 20 Hz, se observa que tanto el módulo de almacenamiento como el módulo de pérdida aumentan progresivamente. Tan (δ) disminuye de ~0,27 a 0,18 a medida que la frecuencia aumenta de 0,1 a 1 Hz, y luego aumenta gradualmente hasta ~0,55 cuando se alcanza la frecuencia de 20 Hz. El barrido de frecuencia de DMA permite medir las tendencias del módulo de almacenamiento, el módulo de pérdida y Tan (δ), que proporcionan información sobre el movimiento de los monómeros y la reticulación, así como la transición vítrea de los polímeros. Al elevar la temperatura mediante una placa calefactora durante el barrido de frecuencia, se puede obtener una imagen más completa de la naturaleza del movimiento molecular en diferentes condiciones de ensayo.
EVOLUCIÓN DE LA CARGA Y LA PROFUNDIDAD
DEL BARRIDO DE FRECUENCIA DMA COMPLETO
CARGA Y PROFUNDIDAD vs. TIEMPO A DIFERENTES FRECUENCIAS
MÓDULO DE ALMACENAMIENTO
A DIFERENTES FRECUENCIAS
MÓDULO DE PÉRDIDA
A DIFERENTES FRECUENCIAS
TAN (δ)
A DIFERENTES FRECUENCIAS
CONCLUSIÓN
En este estudio, mostramos la capacidad del Probador Mecánico NANOVEA para realizar el ensayo de barrido de frecuencia del Análisis Mecánico Dinámico en una muestra de neumático. Esta prueba mide las propiedades viscoelásticas del neumático a diferentes frecuencias de tensión. El neumático muestra un aumento del módulo de almacenamiento y de pérdida a medida que la frecuencia de carga aumenta de 0,1 a 20 Hz. Proporciona información útil sobre los comportamientos viscoelásticos del neumático funcionando a diferentes velocidades, lo que es esencial para mejorar el rendimiento de los neumáticos para conseguir una conducción más suave y segura. El ensayo de barrido de frecuencia DMA puede realizarse a varias temperaturas para imitar el entorno de trabajo realista del neumático bajo diferentes condiciones meteorológicas.
En el Nano Módulo del Comprobador Mecánico NANOVEA, la aplicación de la carga con el piezoeléctrico rápido es independiente de la medición de la carga realizada por una banda extensométrica de alta sensibilidad separada. Esto supone una clara ventaja durante el Análisis Mecánico Dinámico, ya que la fase entre la profundidad y la carga se mide directamente a partir de los datos recogidos del sensor. El cálculo de la fase es directo y no necesita de modelos matemáticos que añadan inexactitud al módulo de pérdida y almacenamiento resultante. Este no es el caso de un sistema basado en bobinas.
En conclusión, el DMA mide el módulo de pérdida y almacenamiento, el módulo complejo y Tan (δ) en función de la profundidad de contacto, el tiempo y la frecuencia. La etapa de calentamiento opcional permite determinar la temperatura de transición de fase de los materiales durante el DMA. Los comprobadores mecánicos NANOVEA proporcionan módulos Nano y Micro multifuncionales inigualables en una sola plataforma. Tanto el módulo Nano como el Micro incluyen modos de comprobación de arañazos, dureza y desgaste, proporcionando la más amplia y fácil gama de pruebas disponible en un solo módulo.
