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Deformación por fluencia de polímeros mediante nanoindentación

Deformación por fluencia de polímeros mediante nanoindentación

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DEFORMACIÓN POR FLUENCIA

DE POLÍMEROS MEDIANTE NANOINDENTACIÓN

Preparado por

DUANJIE LIDoctorado

INTRODUCCIÓN

Como materiales viscoelásticos, los polímeros sufren a menudo una deformación dependiente del tiempo bajo una determinada carga aplicada, también conocida como fluencia. La fluencia se convierte en un factor crítico cuando las piezas poliméricas se diseñan para estar expuestas a esfuerzos continuos, como componentes estructurales, uniones y accesorios, y recipientes a presión hidrostática.

IMPORTANCIA DE LA MEDICIÓN DE LA FLUENCIA PARA POLÍMEROS

La naturaleza inherente de la viscoelasticidad desempeña un papel vital en el rendimiento de los polímeros e influye directamente en su fiabilidad de servicio. Las condiciones ambientales, como la carga y la temperatura, afectan al comportamiento de fluencia de los polímeros. Los fallos por fluencia se producen a menudo debido a la falta de alerta del comportamiento de fluencia dependiente del tiempo de los materiales poliméricos utilizados en condiciones de servicio específicas. Como resultado, es importante desarrollar una prueba fiable y cuantitativa de los comportamientos mecánicos viscoelásticos de los polímeros. El módulo Nano del NANOVEA Comprobadores mecánicos aplica la carga con un piezoeléctrico de alta precisión y mide directamente in situ la evolución de la fuerza y el desplazamiento. La combinación de precisión y repetibilidad lo convierte en una herramienta ideal para la medición de la fluencia.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, demostramos que
el comprobador mecánico NANOVEA PB1000
en Nanoindentación es una herramienta ideal
para estudiar las propiedades mecánicas viscoelásticas
incluida la dureza, el módulo de Young
y la fluencia de los materiales poliméricos.

NANOVEA

PB1000

CONDICIONES DE ENSAYO

Se ensayaron ocho muestras de polímeros diferentes mediante la técnica de nanoindentación utilizando el probador mecánico NANOVEA PB1000. A medida que la carga aumentaba linealmente de 0 a 40 mN, la profundidad aumentaba progresivamente durante la etapa de carga. La fluencia se midió entonces por el cambio de la profundidad de indentación a la carga máxima de 40 mN durante 30 s.

CARGA MÁXIMA 40 mN
TASA DE CARGA
80 mN/min
VELOCIDAD DE DESCARGA 80 mN/min
HORA DE LOS PIOJOS
30 s

TIPO INDENTADOR

Berkovich

Diamante

*preparación del ensayo de nanoindentación

RESULTADOS Y DEBATE

En la FIGURA 1 se muestra el diagrama de carga frente a desplazamiento de los ensayos de nanoindentación en diferentes muestras de polímeros y en la FIGURA 2 se comparan las curvas de fluencia. La dureza y el módulo de Young se resumen en la FIGURA 3, y la profundidad de fluencia se muestra en la FIGURA 4. Como ejemplos en la FIGURA 1, las porciones AB, BC y CD de la curva carga-desplazamiento para la medición de nanoindentación representan los procesos de carga, fluencia y descarga, respectivamente.

El Delrin y el PVC presentan la mayor dureza, de 0,23 y 0,22 GPa, respectivamente, mientras que el LDPE posee la menor dureza, de 0,026 GPa, entre los polímeros ensayados. En general, los polímeros más duros muestran menores índices de fluencia. El PEBD más blando presenta la mayor profundidad de fluencia, de 798 nm, frente a los ~120 nm del Delrin.

Las propiedades de fluencia de los polímeros son críticas cuando se utilizan en piezas estructurales. Midiendo con precisión la dureza y la fluencia de los polímeros, se puede obtener una mejor comprensión de la fiabilidad de los polímeros en función del tiempo. La fluencia, cambio del desplazamiento a una carga dada, también puede medirse a diferentes temperaturas elevadas y humedad utilizando el Probador Mecánico NANOVEA PB1000, proporcionando una herramienta ideal para medir cuantitativa y fiablemente los comportamientos mecánicos viscoelásticos de los polímeros.
en el entorno de aplicación realista simulado.

FIGURA 1: Los gráficos de carga vs desplazamiento
de diferentes polímeros.

FIGURA 2: Fluencia a una carga máxima de 40 mN durante 30 s.

FIGURA 3: Dureza y módulo de Young de los polímeros.

FIGURA 4: Profundidad de fluencia de los polímeros.

CONCLUSIÓN

En este estudio, demostramos que el NANOVEA PB1000
El comprobador mecánico mide las propiedades mecánicas de diferentes polímeros, como la dureza, el módulo de Young y la fluencia. Estas propiedades mecánicas son esenciales para seleccionar el material polimérico adecuado para las aplicaciones previstas. El Derlin y el PVC presentan la mayor dureza, de 0,23 y 0,22 GPa, respectivamente, mientras que el LDPE posee la menor dureza, de 0,026 GPa, entre los polímeros probados. En general, los polímeros más duros presentan menores índices de fluencia. El PEBD más blando muestra la mayor profundidad de fluencia, de 798 nm, frente a los ~120 nm del Derlin.

Los comprobadores mecánicos NANOVEA ofrecen módulos Nano y Micro multifunción inigualables en una única plataforma. Los módulos Nano y Micro incluyen modos de ensayo de rayado, dureza y desgaste, lo que proporciona la gama de ensayos más amplia y fácil de usar disponible en un único sistema.

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