Indentación | Pérdida y almacenamiento Notas de aplicación - NANOVEA: perfilómetros, tribómetros, nanoindentadores y medidores de rayado avanzados para el ensayo de materiales.

Análisis mecánico dinámico del corcho mediante nanoindentación

nanovea — Wed, 17 May 2023 14:15:13 +0000

ANÁLISIS MECÁNICO DINÁMICO

DEL CORCHO MEDIANTE NANOINDENTACIÓN

Preparado por

FRANK LIU

INTRODUCCIÓN

El Análisis Mecánico Dinámico (AMD) es una potente técnica utilizada para investigar las propiedades mecánicas de los materiales. En esta aplicación, nos centramos en el análisis del corcho, un material muy utilizado en los procesos de sellado y envejecimiento del vino. El corcho, obtenido de la corteza del roble Quercus suber, presenta distintas estructuras celulares que le confieren propiedades mecánicas similares a las de los polímeros sintéticos. En un eje, el corcho tiene estructura de panal. Los otros dos ejes están estructurados en múltiples prismas de forma rectangular. Esto confiere al corcho propiedades mecánicas diferentes según la orientación con la que se pruebe.

IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS DE ANÁLISIS MECÁNICO DINÁMICO (DMA) EN LA EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CORCHO

La calidad de los tapones de corcho depende en gran medida de sus propiedades mecánicas y físicas, que son cruciales para su eficacia en el sellado del vino. Los factores clave que determinan la calidad del corcho son la flexibilidad, el aislamiento, la resistencia y la impermeabilidad a gases y líquidos. El análisis mecánico dinámico (AMD) nos permite evaluar cuantitativamente las propiedades de ﬂexibilidad y resiliencia de los tapones, proporcionando un método fiable de evaluación.

El Comprobador Mecánico NANOVEA PB1000 en el Nanoindentación permite caracterizar estas propiedades, en concreto el módulo de Young, el módulo de almacenamiento, el módulo de pérdida y tan delta (tan (δ)). Las pruebas DMA también permiten recopilar datos valiosos sobre el desplazamiento de fase, la dureza, la tensión y la deformación del material de corcho. Gracias a estos exhaustivos análisis, podemos comprender mejor el comportamiento mecánico de los corchos y su idoneidad para las aplicaciones de sellado del vino.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, se realiza el análisis mecánico dinámico (AMD) de cuatro tapones de corcho utilizando el Probador Mecánico NANOVEA PB1000 en el modo de Nanoindentación. La calidad de los tapones de corcho se etiqueta como: 1 - Flor, 2 - Primera, 3 - Colmatado, 4 - Caucho sintético. Los ensayos de indentación DMA se realizaron tanto en dirección axial como radial para cada tapón de corcho. Mediante el análisis de la respuesta mecánica de los tapones de corcho, pretendíamos comprender mejor su comportamiento dinámico y evaluar su rendimiento en distintas orientaciones.

NANOVEA

PB1000

PARÁMETROS DE PRUEBA

FUERZA MÁXIMA	75 mN
VELOCIDAD DE CARGA	150 mN/min
VELOCIDAD DE DESCARGA	150 mN/min
AMPLITUD	5 mN
FRECUENCIA	1 Hz
CREEP	60 s

tipo de penetrador

Bola

51200 Acero

3 mm Diámetro

RESULTADOS

En las tablas y gráficos siguientes, se comparan el módulo de Young, el módulo de almacenamiento, el módulo de pérdida y tan delta entre cada muestra y orientación.

Módulo de Young: Stiﬀness; valores altos indican stiﬀ, valores bajos indican ﬂexible.

Módulo de almacenamiento: Respuesta elástica; energía almacenada en el material.

Módulo de pérdida: Respuesta viscosa; pérdida de energía debida al calor.

Tan (δ): Amortiguación; los valores altos indican más amortiguación.

ORIENTACIÓN AXIAL

*Tapón*	*MÓDULO DE YOUNG*	*MÓDULO DE ALMACENAMIENTO*	*MÓDULO DE PÉRDIDA*	*TAN*
#	*(MPa)*	*(MPa)*	*(MPa)*	*(δ)*
1	22.5675	22.27209	3.624947	0.162964
2	18.54664	18.27153	3.162349	0.17409
3	23.75381	23.47267	3.617819	0.154592
4	23.6972	23.58064	2.347008	0.099539

ORIENTACIÓN RADIAL

*Tapón*	*MÓDULO DE YOUNG*	*MÓDULO DE ALMACENAMIENTO*	*MÓDULO DE PÉRDIDA*	*TAN*
#	*(MPa)*	*(MPa)*	*(MPa)*	*(δ)*
1	24.78863	24.56542	3.308224	0.134865
2	26.66614	26.31739	4.286216	0.163006
3	44.07867	43.61426	6.365979	0.146033
4	28.04751	27.94148	2.435978	0.087173

MÓDULO DE YOUNG

MÓDULO DE ALMACENAMIENTO

MÓDULO DE PÉRDIDA

TAN DELTA

Entre los tapones de corcho, el módulo de Young no es muy diferente cuando se ensaya en la orientación axial. Sólo los tapones #2 y #3 mostraron una diferencia aparente en el módulo de Young entre la dirección radial y axial. En consecuencia, el módulo de almacenamiento y el módulo de pérdida también serán mayores en la dirección radial que en la axial. El tapón #4 muestra características similares a las de los tapones de corcho natural, excepto en el módulo de pérdida. Esto es bastante interesante, ya que significa que los tapones de corcho natural tienen una propiedad más viscosa que el material de caucho sintético.

CONCLUSIÓN

La NANOVEA Comprobador mecánico en el modo Nano Scratch Tester permite simular muchos fallos reales de revestimientos de pintura y capas duras. Aplicando cargas crecientes de forma controlada y estrechamente supervisada, el instrumento permite identificar a qué carga se producen los fallos. Esto puede utilizarse para determinar valores cuantitativos de resistencia al rayado. Se sabe que el revestimiento ensayado, sin intemperie, presenta una primera fisura a unos 22 mN. Con valores más próximos a 5 mN, es evidente que el lapso de 7 años ha degradado la pintura.

La compensación del perfil original permite obtener la profundidad corregida durante el rayado y también medir la profundidad residual después del rayado. Esto proporciona información adicional sobre el comportamiento plástico frente al elástico del revestimiento bajo una carga creciente. Tanto el agrietamiento como la información sobre la deformación pueden ser de gran utilidad para mejorar el revestimiento duro. Las muy pequeñas desviaciones estándar también muestran la reproducibilidad de la técnica del instrumento, que puede ayudar a los fabricantes a mejorar la calidad de su revestimiento duro/pintura y estudiar los efectos de la intemperie.

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Análisis Mecánico Dinámico (AMD) Barrido de frecuencias en polímeros

Andrew Shore — Fri, 13 Nov 2020 00:21:49 +0000

BARRIDO DE FRECUENCIA DMA

SOBRE POLÍMEROS MEDIANTE NANOINDENTACIÓN

Preparado por

Doctor Duanjie Li

INTRODUCCIÓN

IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS MECÁNICO DINÁMICO PRUEBA DE BARRIDO DE FRECUENCIA

La frecuencia cambiante de la tensión suele provocar variaciones en el módulo complejo, que es una propiedad mecánica fundamental de los polímeros. Por ejemplo, los neumáticos están sometidos a deformaciones cíclicas elevadas cuando los vehículos circulan por la carretera. La frecuencia de la presión y la deformación cambia a medida que el coche acelera a velocidades más altas. Este cambio puede provocar variaciones en 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 NANOVEA Comprobador 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 célula de carga ultrasensible y un condensador. La combinación de una fácil configuración y una alta precisión lo convierte en una herramienta ideal para el barrido de frecuencias 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 deformación.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, estudiamos las propiedades viscoelásticas de una muestra de neumático pulido a diferentes frecuencias DMA utilizando el probador mecánico más potente, NANOVEA PB1000, en Nanoindentación modo.

NANOVEA

PB1000

CONDICIONES DE ENSAYO

FRECUENCIAS (Hz):

0.1, 1.5, 10, 20

TIEMPO DE DESPLAZAMIENTO EN CADA FRECUENCIA.

50 segundos

VOLTAJE DE OSCILACIÓN

0,1 V

TENSION DE CARGA

1 V

tipo de penetrador

Esférico

Diamante | 100 μm

RESULTADOS Y DEBATE

El barrido de frecuencia del análisis mecánico dinámico a la carga máxima permite realizar una medición rápida y sencilla de las características viscoelásticas de la muestra a diferentes frecuencias de carga en una sola prueba. El desplazamiento de fase y las amplitudes de las ondas de carga y desplazamiento a diferentes frecuencias se pueden utilizar para calcular una variedad de propiedades viscoelásticas fundamentales del material, entre las que se incluyen: Módulo de almacenamiento, Módulo de pérdida y Bronceado (δ) tal y como se resume en los siguientes gráficos.

Las frecuencias de 1, 5, 10 y 20 Hz en este estudio corresponden a velocidades de aproximadamente 7, 33, 67 y 134 km por hora. A medida que la frecuencia de prueba aumenta de 0,1 a 20 Hz, se puede observar 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 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 sobre 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 prueba.

EVOLUCIÓN DE LA CARGA Y LA PROFUNDIDAD

DEL BARRIDO DE FRECUENCIA DMA COMPLETO

CARGA Y PROFUNDIDAD frente al 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 la prueba 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 pérdida a medida que la frecuencia de carga aumenta de 0,1 a 20 Hz. Proporciona información útil sobre el comportamiento viscoelástico del neumático cuando circula a diferentes velocidades, lo cual es esencial para mejorar el rendimiento de los neumáticos y lograr una conducción más suave y segura. La prueba de barrido de frecuencia DMA se puede realizar a diferentes temperaturas para imitar el entorno de trabajo real del neumático en diferentes condiciones climáticas.

En el módulo Nano del comprobador mecánico NANOVEA, la aplicación de carga con el piezo rápido es independiente de la medición de carga realizada por un medidor de tensión de alta sensibilidad independiente. Esto ofrece una ventaja clara durante el análisis mecánico dinámico, ya que la fase entre la profundidad y la carga se mide directamente a partir de los datos recopilados por el sensor. El cálculo de la fase es directo y no requiere modelos matemáticos que añaden imprecisión al módulo de pérdida y almacenamiento resultante. Este no es el caso de los sistemas basados 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 probadores mecánicos NANOVEA ofrecen módulos nano y micro multifunción sin igual en una sola plataforma. Tanto el módulo nano como el micro incluyen modos de probador de rayado, probador de dureza y probador de desgaste, lo que proporciona la gama de pruebas más amplia y fácil de usar disponible en un solo módulo.

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Transición vítrea localizada con precisión mediante DMA por nanoindentación

nanovea — Tue, 14 May 2019 16:14:41 +0000

Transición vítrea localizada con precisión mediante DMA por nanoindentación

Más información

Imaginemos una situación en la que una muestra a granel se calienta uniformemente a una velocidad constante. A medida que el material a granel se calienta y se acerca a su punto de fusión, comienza a perder rigidez. Si se realizan indentaciones periódicas (ensayos de dureza) con la misma fuerza objetivo, la profundidad de cada indentación debería aumentar constantemente, ya que la muestra se vuelve más blanda (véase la figura 1). Esto continúa hasta que la muestra comienza a fundirse. En ese momento, se observará un gran aumento de la profundidad por indentación. Utilizando este concepto, se puede observar el cambio de fase en un material mediante oscilaciones dinámicas con una amplitud de fuerza fija y midiendo su desplazamiento, es decir, mediante el análisis mecánico dinámico (DMA). ¡Lee sobre la transición vítrea localizada precisa!

Medición de la relajación de tensiones mediante nanoindentación

Más información

AHORA, HABLEMOS DE SU SOLICITUD

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Análisis viscoelástico del caucho

nanovea — Mon, 11 Mar 2019 06:06:56 +0000

Análisis viscoelástico del caucho

Más información

Los neumáticos están sometidos a altas deformaciones cíclicas cuando los vehículos circulan por la carretera. Cuando se exponen a condiciones adversas, la vida útil de los neumáticos se ve comprometida por muchos factores, como el desgaste de la banda de rodadura, el calor generado por la fricción, el envejecimiento del caucho y otros.

Como resultado, los neumáticos suelen tener estructuras de capas compuestas de caucho relleno de carbono, cordones de nylon y alambres de acero, entre otros. En particular, la composición del caucho en las diferentes zonas de los sistemas de neumáticos se optimiza para proporcionar diferentes propiedades funcionales, entre las que se incluyen, entre otras, hilo resistente al desgaste, capa de caucho amortiguadora y capa base de caucho duro.

Una prueba confiable y repetible del comportamiento viscoelástico del caucho es fundamental para el control de calidad y la investigación y desarrollo de neumáticos nuevos, así como para la evaluación de la vida útil de los neumáticos viejos. Análisis mecánico dinámico (DMA) durante Nanoindentación Es una técnica para caracterizar la viscoelasticidad. Cuando se aplica una tensión oscilatoria controlada, se mide la deformación resultante, lo que permite a los usuarios determinar el módulo complejo de los materiales sometidos a prueba.

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Análisis mecánico dinámico con nanoindentación

nanovea — Mon, 30 Jul 2018 19:21:13 +0000

La calidad de los corchos depende en gran medida de sus propiedades mecánicas y físicas. Su capacidad para sellar el vino se puede identificar en función de estos importantes factores: flexibilidad, aislamiento, resistencia e impermeabilidad a gases y líquidos. Mediante la realización de pruebas de análisis mecánico dinámico (DMA), se pueden medir sus propiedades de flexibilidad y resistencia con un método cuantificable. Estas propiedades se caracterizan con el Nanovea Mechanical Tester. Nanoindentación en forma de módulo de Young, módulo de almacenamiento, módulo de pérdida y tangente delta (tan (δ)). Otros datos que se pueden obtener de las pruebas DMA son el desplazamiento de fase, la dureza, la tensión y la deformación del material.

Análisis mecánico dinámico con nanoindentación

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