Indentation | Perte et stockage Notes d'application - NANOVEA : Profilomètres, tribomètres, nanoindeurs et testeurs de rayures avancés pour les essais de matériaux

Analyse mécanique dynamique du liège par nanoindentation

nanovea — mer. 17 mai 2023 14:15:13 +0000

ANALYSE MÉCANIQUE DYNAMIQUE

DU LIÈGE PAR NANOINDENTATION

Préparé par

FRANK LIU

INTRODUCTION

L'analyse mécanique dynamique (DMA) est une technique puissante utilisée pour étudier les propriétés mécaniques des matériaux. Dans cette application, nous nous concentrons sur l'analyse du liège, un matériau largement utilisé dans les processus de scellage et de vieillissement du vin. Le liège, obtenu à partir de l'écorce du chêne Quercus suber, présente des structures cellulaires distinctes qui lui confèrent des propriétés mécaniques semblables à celles des polymères synthétiques. Dans un axe, le liège a une structure en nid d'abeille. Les deux autres axes sont structurés en de multiples prismes rectangulaires. Cela confère au liège des propriétés mécaniques diﬀérentes en fonction de l'orientation testée.

IMPORTANCE DES ESSAIS D'ANALYSE MÉCANIQUE DYNAMIQUE (AMD) DANS L'ÉVALUATION DES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DU LIÈGE

La qualité des bouchons dépend en grande partie de leurs propriétés mécaniques et physiques, qui sont cruciales pour leur eﬀectivité dans le bouchage du vin. Les facteurs clés qui déterminent la qualité du liège sont la ﬂexibilité, l'isolation, la résilience et l'imperméabilité aux gaz et aux liquides. En utilisant l'analyse mécanique dynamique (DMA), nous pouvons évaluer quantitativement les propriétés de ﬂexibilité et de résilience des bouchons, fournissant ainsi une méthode d'évaluation fiable.

L'appareil d'essai mécanique NANOVEA PB1000 dans le secteur de l'agriculture et de l'élevage. Nanoindentation permet de caractériser ces propriétés, en particulier le module de Young, le module de stockage, le module de perte et le tan delta (tan (δ)). Les essais DMA permettent également de recueillir des données précieuses sur le déphasage, la dureté, la contrainte et la déformation du matériau liège. Ces analyses complètes nous permettent de mieux comprendre le comportement mécanique des bouchons et leur adéquation aux applications de bouchage du vin.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, nous avons effectué une analyse mécanique dynamique (DMA) sur quatre bouchons de liège en utilisant le testeur mécanique NANOVEA PB1000 en mode nanoindentation. La qualité des bouchons de liège est étiquetée comme suit : 1 - Flor, 2 - First, 3 - Colm : 1 - Flor, 2 - Premier, 3 - Colmaté, 4 - Caoutchouc synthétique. Des tests d'indentation DMA ont été effectués dans les directions axiale et radiale pour chaque bouchon de liège. En analysant la réponse mécanique des bouchons de liège, nous avons cherché à comprendre leur comportement dynamique et à évaluer leurs performances dans des orientations différentes.

NANOVEA

PB1000

PARAMÈTRES D'ESSAI

FORCE MAXIMALE	75 mN
TAUX DE CHARGEMENT	150 mN/min
TAUX DE DÉCHARGEMENT	150 mN/min
AMPLITUDE	5 mN
FRÉQUENCE	1 Hz
CREEP	60 s

type de pénétrateur

Boule

51200 Acier

3 mm de diamètre

RÉSULTATS

Dans les tableaux et les graphiques ci-dessous, le module de Young, le module de stockage, le module de perte et le tan delta sont comparés entre chaque échantillon et chaque orientation.

Module d'Young : Stiﬀness ; des valeurs élevées indiquent la stiﬀ, des valeurs faibles indiquent la ﬂexibilité.

Module de stockage : Réponse élastique ; énergie stockée dans le matériau.

Module de perte : Réponse visqueuse ; perte d'énergie due à la chaleur.

Tan (δ) : Amortissement ; des valeurs élevées indiquent un amortissement plus important.

ORIENTATION AXIALE

*Bouchon*	*MODULE DE YOUNG*	*MODULE DE STOCKAGE*	*MODULE DE PERTE*	*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

ORIENTATION RADIALE

*Bouchon*	*MODULE DE YOUNG*	*MODULE DE STOCKAGE*	*MODULE DE PERTE*	*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

MODULE DE YOUNG

MODULE DE STOCKAGE

MODULE DE PERTE

TAN DELTA

Entre les bouchons, le module de Young n'est pas très différent lorsqu'il est testé dans l'orientation axiale. Seuls les bouchons #2 et #3 présentent une différence apparente de module d'Young entre la direction radiale et la direction axiale. Par conséquent, le module de stockage et le module de perte seront également plus élevés dans la direction radiale que dans la direction axiale. Le bouchon #4 présente des caractéristiques similaires à celles des bouchons en liège naturel, à l'exception du module de perte. Ceci est très intéressant car cela signifie que le liège naturel a une propriété plus visqueuse que le caoutchouc synthétique.

CONCLUSION

La NANOVÉA Testeur Méchanique en mode Nano Scratch Tester, il permet de simuler de nombreuses défaillances réelles des revêtements de peinture et des couches dures. En appliquant des charges croissantes de manière contrôlée et étroitement surveillée, l'instrument permet d'identifier à quel moment les défaillances de charge se produisent. Cela peut ensuite être utilisé pour déterminer des valeurs quantitatives de résistance aux rayures. Le revêtement testé, sans altération, est connu pour présenter une première fissure vers 22 mN. Avec des valeurs plus proches de 5 mN, il est clair que le passage de 7 ans a dégradé la peinture.

La compensation du profil original permet d'obtenir une profondeur corrigée pendant la rayure et de mesurer la profondeur résiduelle après la rayure. Cela donne des informations supplémentaires sur le comportement plastique ou élastique du revêtement sous l'effet d'une charge croissante. La fissuration et les informations sur la déformation peuvent être très utiles pour améliorer la couche dure. Les écarts types très faibles montrent également la reproductibilité de la technique de l'instrument, ce qui peut aider les fabricants à améliorer la qualité de leur couche dure/peinture et à étudier les eﬀets des intempéries.

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Balayage de fréquence d'une analyse mécanique dynamique (DMA) sur un polymère

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

BALAYAGE DE FRÉQUENCE DMA

SUR LE POLYMÈRE EN UTILISANT LA NANOINDENTATION

Préparé par

Duanjie Li, PhD

INTRODUCTION

IMPORTANCE DE L'ANALYSE MÉCANIQUE DYNAMIQUE ESSAI DE BALAYAGE DE FRÉQUENCE

La fréquence variable des contraintes entraîne souvent des variations du module complexe, qui constitue une propriété mécanique critique des polymères. Par exemple, les pneumatiques sont soumis à de fortes déformations cycliques lorsque les véhicules circulent sur la route. La fréquence de la pression et de la déformation change à mesure que la voiture accélère vers des vitesses plus élevées. Un tel changement peut entraîner une variation des propriétés viscoélastiques du pneu, qui sont des facteurs importants dans les performances de la voiture. Un test fiable et reproductible du comportement viscoélastique des polymères à différentes fréquences est nécessaire. Le module Nano du NANOVEA Testeur Méchanique génère une charge sinusoïdale par un actionneur piézo-électrique de haute précision et mesure directement l'évolution de la force et du déplacement à l'aide d'une cellule de charge et d'un condensateur ultrasensibles. La combinaison d'une configuration facile et d'une grande précision en fait un outil idéal pour le balayage de fréquence d'analyse mécanique dynamique.

Les matériaux viscoélastiques présentent à la fois des caractéristiques visqueuses et élastiques lorsqu'ils subissent une déformation. Les longues chaînes moléculaires des matériaux polymères contribuent à leurs propriétés viscoélastiques uniques, c'est-à-dire une combinaison des caractéristiques des solides élastiques et des fluides newtoniens. La contrainte, la température, la fréquence et d'autres facteurs jouent tous un rôle dans les propriétés viscoélastiques. L'analyse mécanique dynamique, également appelée DMA, étudie le comportement viscoélastique et le module complexe du matériau en appliquant une contrainte sinusoïdale et en mesurant la variation de la déformation.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, nous étudions les propriétés viscoélastiques d'un échantillon de pneu poli à différentes fréquences DMA à l'aide du testeur mécanique le plus puissant, NANOVEA PB1000, dans Nanoindentation mode.

NANOVEA

PB1000

CONDITIONS DE TEST

FREQUENCES (Hz) :

0.1, 1.5, 10, 20

TEMPS DE REPTATION À CHAQUE FRÉQUENCE.

50 secondes

TENSION D'OSCILLATION

0.1 V

TENSION DE CHARGE

1 V

type de pénétrateur

Sphérique

Diamant | 100 μm

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Le balayage de fréquence de l'analyse mécanique dynamique à la charge maximale permet une mesure rapide et simple des caractéristiques viscoélastiques de l'échantillon à différentes fréquences de chargement en un seul essai. Le déphasage et les amplitudes des ondes de charge et de déplacement à différentes fréquences peuvent être utilisés pour calculer une variété de propriétés viscoélastiques fondamentales du matériau, notamment Module de stockage, Module de perte et Tan (δ) comme le montrent les graphiques suivants.

Les fréquences de 1, 5, 10 et 20 Hz dans cette étude, correspondent à des vitesses d'environ 7, 33, 67 et 134 km par heure. Lorsque la fréquence d'essai augmente de 0,1 à 20 Hz, on peut observer que le module de stockage et le module de perte augmentent progressivement. Le Tan (δ) diminue de ~0,27 à 0,18 lorsque la fréquence augmente de 0,1 à 1 Hz, puis il augmente progressivement jusqu'à ~0,55 lorsque la fréquence de 20 Hz est atteinte. Le balayage de fréquence de la DMA permet de mesurer les tendances du module de stockage, du module de perte et du Tan (δ), qui fournissent des informations sur le mouvement des monomères et la réticulation ainsi que sur la transition vitreuse des polymères. En augmentant la température à l'aide d'une plaque chauffante pendant le balayage de fréquence, on peut obtenir une image plus complète de la nature du mouvement moléculaire dans différentes conditions d'essai.

ÉVOLUTION DE LA CHARGE ET DE LA PROFONDEUR

DU BALAYAGE COMPLET DE LA FRÉQUENCE DU DMA

Charge et profondeur en fonction du temps à différentes fréquences

MODULE DE STOCKAGE

À DIFFÉRENTES FRÉQUENCES

MODULE DE PERTE

À DIFFÉRENTES FRÉQUENCES

TAN (δ)

À DIFFÉRENTES FRÉQUENCES

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons montré la capacité du testeur mécanique NANOVEA à effectuer le test de balayage de fréquence de l'analyse mécanique dynamique sur un échantillon de pneu. Ce test mesure les propriétés viscoélastiques du pneu à différentes fréquences de contrainte. Le pneu montre une augmentation du module de stockage et de perte lorsque la fréquence de chargement augmente de 0,1 à 20 Hz. Il fournit des informations utiles sur les comportements viscoélastiques du pneu fonctionnant à différentes vitesses, ce qui est essentiel pour améliorer les performances des pneus pour des trajets plus doux et plus sûrs. Le test de balayage de fréquence de la DMA peut être effectué à différentes températures pour imiter l'environnement de travail réaliste du pneu sous différentes conditions météorologiques.

Dans le module Nano du testeur mécanique NANOVEA, l'application de la charge avec le piézo rapide est indépendante de la mesure de la charge effectuée par une jauge de contrainte séparée à haute sensibilité. Cela présente un avantage certain lors de l'analyse mécanique dynamique puisque la phase entre la profondeur et la charge est mesurée directement à partir des données recueillies par le capteur. Le calcul de la phase est direct et ne nécessite pas de modélisation mathématique qui ajoute de l'imprécision à la perte résultante et au module de stockage. Ce n'est pas le cas pour un système à bobine.

En conclusion, la DMA mesure le module de perte et de stockage, le module complexe et le Tan (δ) en fonction de la profondeur de contact, du temps et de la fréquence. Un étage de chauffage optionnel permet de déterminer la température de transition de phase des matériaux pendant la DMA. Les testeurs mécaniques NANOVEA offrent des modules multifonctions Nano et Micro inégalés sur une seule plateforme. Les modules Nano et Micro comprennent tous deux des modes de test de rayure, de dureté et d'usure, offrant ainsi la gamme de tests la plus large et la plus conviviale disponible sur un seul module.

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Transition vitreuse localisée avec précision grâce à la nanoindentation DMA

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

Transition vitreuse localisée avec précision grâce à la nanoindentation DMA

En savoir plus

Imaginez un scénario dans lequel un échantillon en vrac est chauffé uniformément à une vitesse constante. Lorsqu'un matériau en vrac se réchauffe et approche de son point de fusion, il commence à perdre sa rigidité. Si des indentations périodiques (tests de dureté) sont réalisées avec la même force cible, la profondeur de chaque indentation devrait augmenter constamment puisque l'échantillon devient plus mou (voir figure 1). Ce phénomène se poursuit jusqu'à ce que l'échantillon commence à fondre. À ce stade, une forte augmentation de la profondeur par empreinte sera observée. En utilisant ce concept, le changement de phase dans un matériau peut être observé en utilisant des oscillations dynamiques avec une amplitude de force fixe et en mesurant son déplacement, c'est-à-dire l'analyse mécanique dynamique (DMA). Découvrez la transition vitreuse localisée et précise !

Mesure de la relaxation des contraintes par nanoindentation

MAINTENANT, PARLONS DE VOTRE CANDIDATURE

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Analyse viscoélastique du caoutchouc

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

Analyse viscoélastique du caoutchouc

Les pneus sont soumis à de fortes déformations cycliques lorsque les véhicules roulent sur la route. Lorsqu'ils sont exposés à des conditions routières difficiles, la durée de vie des pneus est compromise par de nombreux facteurs, tels que l'usure du fil, la chaleur générée par la friction, le vieillissement du caoutchouc, etc.

En conséquence, les pneus ont généralement des structures de couches composites faites de caoutchouc chargé de carbone, de cordes de nylon et de fils d'acier, etc. En particulier, la composition du caoutchouc à différents endroits des systèmes de pneus est optimisée pour fournir différentes propriétés fonctionnelles, y compris, mais sans s'y limiter, un fil résistant à l'usure, une couche de caoutchouc amortissant et une couche de base en caoutchouc dur.

Un test fiable et reproductible du comportement viscoélastique du caoutchouc est essentiel pour le contrôle qualité et la R&D des pneus neufs, ainsi que pour l'évaluation de la durée de vie des pneus usagés. Analyse mécanique dynamique (DMA) pendant Nanoindentation est une technique de caractérisation de la viscoélasticité. Lorsqu'une contrainte oscillatoire contrôlée est appliquée, la déformation résultante est mesurée, permettant aux utilisateurs de déterminer le module complexe des matériaux testés.

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Analyse mécanique dynamique avec nanoindentation

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

La qualité des bouchons dépend fortement de leurs propriétés mécaniques et physiques. Sa capacité à sceller le vin peut être identifiée par ces facteurs importants : flexibilité, isolation, résilience et imperméabilité aux gaz et aux liquides. En effectuant des tests d'analyse mécanique dynamique (DMA), les propriétés de flexibilité et de résilience peuvent être évaluées à l'aide d'une méthode quantifiable. Ces propriétés sont caractérisées par le testeur mécanique Nanovea Nanoindentaion sous la forme du module de Young, du module de stockage, du module de perte et du tan delta (tan (δ)). Les autres données qui peuvent être recueillies à partir des essais DMA sont le déphasage, la dureté, la contrainte et la déformation du matériau.

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