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AR Archives mensuelles : janvier 2020
Dimensions et état de surface des tubes polymères
Importance de l'analyse dimensionnelle et de surface des tubes polymères
Les tubes fabriqués à partir de matériaux polymères sont couramment utilisés dans de nombreuses industries allant de l'automobile au médical, en passant par l'électricité et bien d'autres catégories. Dans cette étude, des cathéters médicaux fabriqués à partir de différents matériaux polymères ont été étudiés à l'aide du Nanovea Profilomètre 3D sans contact pour mesurer la rugosité, la morphologie et les dimensions de la surface. La rugosité de surface est cruciale pour les cathéters, car de nombreux problèmes liés aux cathéters, notamment les infections, les traumatismes physiques et les inflammations, peuvent être liés à la surface des cathéters. Les propriétés mécaniques, telles que le coefficient de friction, peuvent également être étudiées en observant les propriétés de la surface. Ces données quantifiables peuvent être obtenues pour s'assurer que le cathéter peut être utilisé pour des applications médicales.
Par rapport à la microscopie optique et à la microscopie électronique, la profilométrie 3D sans contact utilisant le chromatisme axial est hautement préférable pour caractériser les surfaces des cathéters en raison de sa capacité à mesurer les angles/courbures, de sa capacité à mesurer les surfaces des matériaux malgré la transparence ou la réflectivité, de la préparation minimale des échantillons et de sa nature non invasive. Contrairement à la microscopie optique conventionnelle, la hauteur de la surface peut être obtenue et utilisée pour une analyse computationnelle, par exemple pour trouver les dimensions et enlever la forme pour trouver la rugosité de la surface. La faible préparation de l'échantillon, contrairement à la microscopie électronique, et la nature sans contact permettent également une collecte rapide des données sans craindre la contamination et les erreurs liées à la préparation de l'échantillon.
Objectif de la mesure
Dans cette application, le profilomètre sans contact Nanovea 3D est utilisé pour scanner la surface de deux cathéters : l'un en TPE (élastomère thermoplastique) et l'autre en PVC (chlorure de polyvinyle). Les paramètres de morphologie, de dimension radiale et de hauteur des deux cathéters seront obtenus et comparés.
Résultats et discussion
Surface 3D
Malgré la courbure des tubes polymères, le profilomètre sans contact Nanovea 3D peut scanner la surface des cathéters. A partir du scan effectué, une image 3D peut être obtenue pour une inspection visuelle rapide et directe de la surface.
Analyse dimensionnelle 2D
La dimension radiale extérieure a été obtenue en extrayant un profil du scan original et en ajustant un arc au profil. Cela montre la capacité du profilomètre 3D sans contact à effectuer une analyse dimensionnelle rapide pour les applications de contrôle de la qualité. Il est également possible d'obtenir facilement plusieurs profils sur la longueur du cathéter.
Analyse de surface Rugosité
La dimension radiale extérieure a été obtenue en extrayant un profil du scan original et en ajustant un arc au profil. Cela montre la capacité du profilomètre 3D sans contact à effectuer une analyse dimensionnelle rapide pour les applications de contrôle de la qualité. Il est également possible d'obtenir facilement plusieurs profils sur la longueur du cathéter.
Conclusion
Dans cette application, nous avons montré comment le profilomètre sans contact Nanovea 3D peut être utilisé pour caractériser des tubes polymères. Plus précisément, la métrologie de surface, les dimensions radiales et la rugosité de surface ont été obtenues pour des cathéters médicaux. Le rayon extérieur du cathéter en TPE s'est avéré être de 2,40 mm alors que celui du cathéter en PVC était de 1,27 mm. La surface du cathéter en TPE s'est avérée plus rugueuse que celle du cathéter en PVC. Le Sa du TPE était de 0.9740µm comparé à 0.1791µm du PVC. Bien que des cathéters médicaux aient été utilisés pour cette application, la profilométrie 3D sans contact peut également être appliquée à une grande variété de surfaces. Les données et les calculs pouvant être obtenus ne se limitent pas à ce qui est montré.
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Évaluation de la dureté des dents par nanoindentation
Importance de la nanoindentation pour les biomatériaux
Avec de nombreux tests mécaniques traditionnels (dureté, adhérence, compression, perforation, limite d'élasticité, etc.), les environnements de contrôle qualité d'aujourd'hui avec des matériaux sensibles avancés, des gels aux matériaux fragiles, nécessitent désormais une plus grande précision et un contrôle de fiabilité. L'instrumentation mécanique traditionnelle ne parvient pas à fournir le contrôle de charge sensible et la résolution nécessaires ; conçu pour être utilisé pour les matériaux en vrac. Au fur et à mesure que la taille du matériau testé devenait de plus en plus intéressante, le développement de Nanoindentation fourni une méthode fiable pour obtenir des informations mécaniques essentielles sur des surfaces plus petites telles que la recherche en cours avec les biomatériaux. Les défis spécifiquement associés aux biomatériaux ont nécessité le développement d'essais mécaniques capables d'un contrôle précis de la charge sur des matériaux extrêmement mous à cassants. De plus, plusieurs instruments sont nécessaires pour effectuer divers tests mécaniques qui peuvent désormais être effectués sur un seul système. La nano-indentation fournit une large gamme de mesures avec une résolution précise à des charges nano-contrôlées pour les applications sensibles.
Objectif de la mesure
Dans cette application, le système Nanovea Testeur Méchanique, en mode Nanoindentation, est utilisé pour étudier la dureté et le module élastique de la dentine, la carie et la pulpe d'une dent. L'aspect le plus critique des tests de nanoindentation est la sécurisation de l'échantillon. Ici, nous avons pris une dent tranchée et montée à l'époxy, laissant les trois zones d'intérêt exposées pour les tests.
Résultats et discussion
Cette section comprend un tableau récapitulatif qui compare les principaux résultats numériques pour les différents échantillons, suivi des listes de résultats complets, incluant chaque indentation réalisée, accompagnée de micrographies de l'indentation, lorsqu'elles sont disponibles. Ces résultats complets présentent les valeurs mesurées de la dureté et du module de Young ainsi que la profondeur de pénétration avec leurs moyennes et leurs écarts types. Il faut considérer qu'une grande variation des résultats peut se produire dans le cas où la rugosité de surface est dans la même gamme de taille que l'indentation.
Tableau récapitulatif des principaux résultats numériques :
Conclusion
En conclusion, nous avons montré comment le Nanovea Mechanical Tester, en mode Nanoindentation, permet une mesure précise des propriétés mécaniques d'une dent. Les données peuvent être utilisées dans le développement de plombages qui correspondront mieux aux caractéristiques mécaniques d'une vraie dent. La capacité de positionnement du Nanovea Mechanical Tester permet une cartographie complète de la dureté des dents dans les différentes zones.
En utilisant le même système, il est possible de tester la résistance à la rupture du matériau des dents à des charges plus élevées, jusqu'à 200N. Un test de chargement multi-cycle peut être utilisé sur des matériaux plus poreux pour évaluer le niveau d'élasticité restant. L'utilisation d'une pointe de diamant cylindrique plate peut donner des informations sur la limite d'élasticité dans chaque zone. En outre, l'analyse mécanique dynamique (DMA) permet d'évaluer les propriétés viscoélastiques, notamment les modules de perte et de stockage.
Le nanomodule Nanovea est idéal pour ces tests car il utilise une réaction unique pour contrôler précisément la charge appliquée. De ce fait, le module nano peut également être utilisé pour effectuer des tests de rayures précis. L'étude de la résistance aux rayures et à l'usure des matériaux dentaires et des matériaux d'obturation ajoute à l'utilité globale du testeur mécanique. L'utilisation d'une pointe aiguisée de 2 microns pour comparer quantitativement les marques sur les matériaux d'obturation permettra une meilleure prédiction du comportement dans les applications réelles. Les tests d'usure multipasse ou d'usure rotative directe sont également des tests courants qui fournissent des informations importantes sur la viabilité à long terme.
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Évaluation du frottement à des vitesses extrêmement basses
Importance de l'évaluation du frottement à faible vitesse
Le frottement est la force qui s'oppose au mouvement relatif de surfaces solides glissant l'une contre l'autre. Lorsque le mouvement relatif de ces deux surfaces de contact a lieu, le frottement à l'interface convertit l'énergie cinétique en chaleur. Un tel processus peut également entraîner une usure du matériau et donc une dégradation des performances des pièces utilisées.
Grâce à son taux d'étirement élevé, sa grande résilience, ses excellentes propriétés d'étanchéité et sa résistance à l'usure, le caoutchouc est largement utilisé dans une variété d'applications et de produits dans lesquels la friction joue un rôle important, tels que les pneus de voiture, les balais d'essuie-glace, les semelles de chaussures et bien d'autres. Selon la nature et les exigences de ces applications, une friction élevée ou faible contre différents matériaux est souhaitée. Par conséquent, une mesure contrôlée et fiable du frottement du caoutchouc contre diverses surfaces devient essentielle.
Objectif de la mesure
Le coefficient de frottement (COF) du caoutchouc contre différents matériaux est mesuré de manière contrôlée et surveillée à l'aide du Nanovea. Tribomètre. Dans cette étude, nous souhaitons mettre en valeur la capacité du tribomètre Nanovea à mesurer le COF de différents matériaux à des vitesses extrêmement faibles.
Résultats et discussion
Le coefficient de friction (COF) des billes de caoutchouc (6 mm de diamètre, RubberMill) sur trois matériaux (acier inoxydable SS 316, Cu 110 et acrylique en option) a été évalué par le tribomètre Nanovea. Les échantillons de métal testés ont été polis mécaniquement pour obtenir une finition de surface miroir avant la mesure. La légère déformation de la balle en caoutchouc sous la charge normale appliquée a créé une surface de contact, ce qui permet également de réduire l'impact des aspérités ou de l'inhomogénéité de la finition de surface de l'échantillon sur les mesures du COF. Les paramètres de l'essai sont résumés dans le tableau 1.
Le COF d'une balle en caoutchouc contre différents matériaux à quatre vitesses différentes est illustré à la Figure. 2, et les COF moyens calculés automatiquement par le logiciel sont résumés et comparés dans la Figure 3. Il est intéressant de constater que les échantillons métalliques (SS 316 et Cu 110) présentent des COF nettement plus élevés lorsque la vitesse de rotation augmente d'une valeur très faible de 0,01 tr/min à 5 tr/min - la valeur du COF du couple caoutchouc/SS 316 passe de 0,29 à 0,8, et de 0,65 à 1,1 pour le couple caoutchouc/Cu 110. Cette constatation est en accord avec les résultats rapportés par plusieurs laboratoires. Comme proposé par Grosch4 Le frottement du caoutchouc est principalement déterminé par deux mécanismes : (1) l'adhésion entre le caoutchouc et l'autre matériau, et (2) les pertes d'énergie dues à la déformation du caoutchouc causée par les aspérités de la surface. Schallamach5 a observé des vagues de détachement du caoutchouc du contre-matériau à travers l'interface entre des sphères de caoutchouc souple et une surface dure. La force de décollement du caoutchouc de la surface du substrat et la vitesse des vagues de décollement peuvent expliquer la différence de friction à différentes vitesses pendant le test.
En comparaison, le couple caoutchouc/acrylique présente un COF élevé à différentes vitesses de rotation. La valeur du COF augmente légèrement de ~ 1,02 à ~ 1,09 lorsque la vitesse de rotation passe de 0,01 tr/min à 5 tr/min. Ce COF élevé est probablement attribué à une liaison chimique locale plus forte au niveau de la face de contact formée pendant les tests.
Conclusion
Dans cette étude, nous montrons qu'à des vitesses extrêmement faibles, le caoutchouc présente un comportement de friction particulier - sa friction contre une surface dure augmente avec la vitesse du mouvement relatif. Le caoutchouc présente une friction différente lorsqu'il glisse sur différents matériaux. Le tribomètre Nanovea peut évaluer les propriétés de friction des matériaux de manière contrôlée et surveillée à différentes vitesses, permettant aux utilisateurs d'améliorer la compréhension fondamentale du mécanisme de friction des matériaux et de sélectionner le meilleur couple de matériaux pour des applications ciblées d'ingénierie tribologique.
Le tribomètre Nanovea offre des tests d'usure et de friction précis et répétables en utilisant des modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure à haute température, de lubrification et de tribo-corrosion disponibles dans un système pré-intégré. Il est capable de contrôler l'étage rotatif à des vitesses extrêmement faibles, jusqu'à 0,01 tr/min, et de suivre l'évolution de la friction in situ. La gamme inégalée de Nanovea est une solution idéale pour déterminer la gamme complète des propriétés tribologiques des revêtements, films et substrats minces ou épais, mous ou durs.
