Indentazione | Perdita e stoccaggio Note applicative - NANOVEA: Profilometri avanzati, tribometri, nanoindentatori e tester a graffio per le prove sui materiali

Analisi meccanica dinamica del sughero mediante nanoindentazione

nanovea — Mer, 17 maggio 2023 14:15:13 +0000

ANALISI MECCANICA DINAMICA

DEL SUGHERO MEDIANTE NANOINDENTAZIONE

Preparato da

FRANK LIU

INTRODUZIONE

L'analisi meccanica dinamica (DMA) è una tecnica potente utilizzata per studiare le proprietà meccaniche dei materiali. In questa applicazione, ci concentriamo sull'analisi del sughero, un materiale ampiamente utilizzato nei processi di sigillatura e invecchiamento del vino. Il sughero, ottenuto dalla corteccia della quercia Quercus suber, presenta strutture cellulari distinte che forniscono proprietà meccaniche simili a quelle dei polimeri sintetici. In un asse, il sughero ha una struttura a nido d'ape. Gli altri due assi sono strutturati in prismi multipli di forma rettangolare. Ciò conferisce al sughero proprietà meccaniche diverse a seconda dell'orientamento testato.

IMPORTANZA DELLE PROVE DI ANALISI MECCANICA DINAMICA (DMA) NELLA VALUTAZIONE DELLE PROPRIETÀ MECCANICHE DEL SUGHERO

La qualità dei tappi di sughero dipende in larga misura dalle loro proprietà meccaniche e fisiche, che sono fondamentali per la loro eﬀcacia nella sigillatura del vino. I fattori chiave che determinano la qualità del sughero includono la ﬂessibilità, l'isolamento, la resilienza e l'impermeabilità a gas e liquidi. Utilizzando test di analisi meccanica dinamica (DMA), possiamo valutare quantitativamente le proprietà di ﬂessibilità e resilienza dei tappi di sughero, fornendo un metodo di valutazione affidabile.

Il tester meccanico NANOVEA PB1000 nel Nanoindentazione consente di caratterizzare queste proprietà, in particolare il modulo di Young, il modulo di accumulo, il modulo di perdita e il tan delta (tan (δ)). Il test DMA consente inoltre di raccogliere dati preziosi sullo sfasamento, la durezza, le sollecitazioni e le deformazioni del materiale di sughero. Grazie a queste analisi complete, è possibile approfondire il comportamento meccanico dei tappi di sughero e la loro idoneità per le applicazioni di sigillatura del vino.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, è stata eseguita un'analisi meccanica dinamica (DMA) su quattro tappi di sughero utilizzando il tester meccanico NANOVEA PB1000 in modalità di nanoindentazione. La qualità dei tappi di sughero è etichettata come: 1 - Flor, 2 - First, 3 - Colmato, 4 - Gomma sintetica. Le prove di indentazione DMA sono state condotte sia in direzione assiale che radiale per ciascun tappo di sughero. Analizzando la risposta meccanica dei tappi di sughero, abbiamo cercato di capire il loro comportamento dinamico e di valutare le loro prestazioni in caso di orientamenti diversi.

NANOVEA

PB1000

PARAMETRI DEL TEST

FORZA MASSIMA	75 mN
TASSO DI CARICO	150 mN/min
TASSO DI SCARICO	150 mN/min
AMPLITUDINE	5 mN
FREQUENZA	1 Hz
CREEP	60 s

tipo di penetratore

Palla

51200 Acciaio

Diametro 3 mm

RISULTATI

Nelle tabelle e nei grafici seguenti vengono confrontati il modulo di Young, il modulo di accumulo, il modulo di perdita e il tan delta tra ciascun campione e orientamento.

Modulo di Young: Stiﬀness; valori elevati indicano stiﬀ, valori bassi indicano ﬂessibilità.

Modulo di stoccaggio: Risposta elastica; energia immagazzinata nel materiale.

Modulo di perdita: Risposta viscosa; energia persa a causa del calore.

Abbronzatura (δ): Smorzamento; valori elevati indicano un maggiore smorzamento.

ORIENTAMENTO ASSIALE

*Tappo*	*MODULO DI YOUNG*	*MODULO DI ACCUMULO*	*MODULO DI PERDITA*	*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

ORIENTAMENTO RADIALE

*Tappo*	*MODULO DI YOUNG*	*MODULO DI ACCUMULO*	*MODULO DI PERDITA*	*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

MODULO DI YOUNG

MODULO DI ACCUMULO

MODULO DI PERDITA

TAN DELTA

Tra i tappi di sughero, il modulo di Young non è molto diverso quando viene testato in direzione assiale. Solo i tappi #2 e #3 mostrano un'apparente differenza nel modulo di Young tra la direzione radiale e quella assiale. Di conseguenza, anche il modulo di accumulo e il modulo di perdita saranno più alti in direzione radiale che in direzione assiale. Il tappo #4 presenta caratteristiche simili a quelle dei tappi in sughero naturale, tranne che per il modulo di perdita. Questo dato è molto interessante perché significa che il sughero naturale ha una proprietà più viscosa rispetto al materiale in gomma sintetica.

CONCLUSIONE

La NANOVEA Collaudatore meccanico nella modalità Nano Scratch Tester consente la simulazione di molti guasti reali dei rivestimenti di vernice e dei rivestimenti duri. Applicando carichi crescenti in modo controllato e attentamente monitorato, lo strumento permette di individuare in quali momenti si verificano cedimenti di carico. Questo può quindi essere utilizzato come metodo per determinare valori quantitativi per la resistenza ai graffi. È noto che il rivestimento testato, senza agenti atmosferici, presenta una prima fessura a circa 22 mN. Con valori più vicini a 5 mN, è chiaro che il giro di 7 anni ha degradato la vernice.

La compensazione del profilo originale consente di ottenere una profondità corretta durante il graffio e di misurare la profondità residua dopo il graffio. Ciò fornisce ulteriori informazioni sul comportamento plastico ed elastico del rivestimento in presenza di un carico crescente. Sia la fessurazione che le informazioni sulla deformazione possono essere di grande utilità per migliorare il rivestimento duro. Le deviazioni standard molto ridotte dimostrano anche la riproducibilità della tecnica dello strumento, che può aiutare i produttori a migliorare la qualità del loro rivestimento/vernice dura e a studiare gli effetti degli agenti atmosferici.

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Analisi meccanica dinamica (DMA) Sweep di frequenza su polimero

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

SWEEP DI FREQUENZA DMA

SUL POLIMERO UTILIZZANDO LA NANOINDENTAZIONE

Preparato da

Duanjie Li, PhD

INTRODUZIONE

IMPORTANZA DELL'ANALISI MECCANICA DINAMICA TEST DI FREQUENZA

La frequenza variabile dello stress porta spesso a variazioni nel modulo complesso, che è una proprietà meccanica critica dei polimeri. Ad esempio, i pneumatici sono soggetti a elevate deformazioni cicliche quando i veicoli circolano su strada. La frequenza della pressione e della deformazione cambia man mano che l'auto accelera a velocità più elevate. Un tale cambiamento può comportare una variazione delle proprietà viscoelastiche del pneumatico, che sono fattori importanti per le prestazioni dell'auto. È necessario un test affidabile e ripetibile del comportamento viscoelastico dei polimeri a diverse frequenze. Il modulo Nano della NANOVEA Collaudatore meccanico genera un carico sinusoidale mediante un attuatore piezoelettrico ad alta precisione e misura direttamente l'evoluzione della forza e dello spostamento utilizzando cella di carico e condensatore ultrasensibili. La combinazione di facilità di configurazione ed elevata precisione lo rende uno strumento ideale per la scansione della frequenza dell'analisi meccanica dinamica.

I materiali viscoelastici presentano caratteristiche sia viscose che elastiche quando subiscono una deformazione. Le lunghe catene molecolari nei materiali polimerici contribuiscono alle loro proprietà viscoelastiche uniche, ovvero una combinazione delle caratteristiche dei solidi elastici e dei fluidi newtoniani. Le sollecitazioni, la temperatura, la frequenza e altri fattori giocano un ruolo importante nelle proprietà viscoelastiche. L'analisi meccanica dinamica, nota anche come DMA, studia il comportamento viscoelastico e il modulo complesso del materiale applicando una sollecitazione sinusoidale e misurando la variazione della deformazione.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, studiamo le proprietà viscoelastiche di un campione di pneumatico lucidato a diverse frequenze DMA utilizzando il tester meccanico più potente, NANOVEA PB1000, in Nanoindentazione modalità.

NANOVEA

PB1000

CONDIZIONI DI PROVA

FREQUENZE (Hz):

0.1, 1.5, 10, 20

TEMPO DI SCORRIMENTO A CIASCUNA FREQUENZA.

50 sec

TENSIONE DI OSCILLAZIONE

0.1 V

TENSIONE DI CARICO

1 V

tipo di penetratore

Sferico

Diamante | 100 μm

RISULTATI E DISCUSSIONE

Lo sweep di frequenza dell'analisi meccanica dinamica al carico massimo consente di misurare in modo rapido e semplice le caratteristiche viscoelastiche del campione a diverse frequenze di carico in un unico test. Lo spostamento di fase e le ampiezze delle onde di carico e di spostamento a diverse frequenze possono essere utilizzati per calcolare una serie di proprietà viscoelastiche fondamentali del materiale, tra cui Modulo di stoccaggio, Modulo di perdita e Abbronzatura (δ) come riassunto nei grafici seguenti.

Le frequenze di 1, 5, 10 e 20 Hz in questo studio corrispondono a velocità di circa 7, 33, 67 e 134 km all'ora. All'aumentare della frequenza di prova da 0,1 a 20 Hz, si può osservare che sia il modulo di accumulo che il modulo di perdita aumentano progressivamente. Tan (δ) diminuisce da ~0,27 a 0,18 con l'aumento della frequenza da 0,1 a 1 Hz, per poi aumentare gradualmente fino a ~0,55 quando si raggiunge la frequenza di 20 Hz. Lo sweep di frequenza del DMA consente di misurare l'andamento del modulo di accumulo, del modulo di perdita e del Tan (δ), che forniscono informazioni sul movimento dei monomeri e sulla reticolazione, nonché sulla transizione vetrosa dei polimeri. Aumentando la temperatura con una piastra riscaldante durante lo sweep di frequenza, è possibile ottenere un quadro più completo della natura del movimento molecolare in diverse condizioni di test.

EVOLUZIONE DEL CARICO E DELLA PROFONDITÀ

DELL'INTERO SWEEP DI FREQUENZA DMA

CARICO E PROFONDITÀ vs. TEMPO A DIVERSE FREQUENZE

MODULO DI ACCUMULO

A DIVERSE FREQUENZE

MODULO DI PERDITA

A DIVERSE FREQUENZE

TAN (δ)

A DIVERSE FREQUENZE

CONCLUSIONE

In questo studio, abbiamo dimostrato la capacità del tester meccanico NANOVEA di eseguire il test di analisi meccanica dinamica (frequency sweep) su un campione di pneumatico. Questo test misura le proprietà viscoelastiche del pneumatico a diverse frequenze di sollecitazione. Il pneumatico mostra un aumento del modulo di accumulo e di perdita all'aumentare della frequenza di carico da 0,1 a 20 Hz. Il test fornisce informazioni utili sul comportamento viscoelastico del pneumatico a diverse velocità, essenziali per migliorare le prestazioni dei pneumatici e ottenere una guida più fluida e sicura. Il test DMA frequency sweep può essere eseguito a varie temperature per simulare l'ambiente di lavoro realistico del pneumatico in condizioni climatiche diverse.

Nel modulo Nano del tester meccanico NANOVEA, l'applicazione del carico con il piezo veloce è indipendente dalla misurazione del carico effettuata da un estensimetro separato ad alta sensibilità. Ciò offre un netto vantaggio durante l'analisi meccanica dinamica, poiché la fase tra profondità e carico viene misurata direttamente dai dati raccolti dal sensore. Il calcolo della fase è diretto e non richiede una modellazione matematica che aggiunge imprecisione alla perdita risultante e al modulo di accumulo. Questo non è il caso di un sistema a bobina.

In conclusione, la DMA misura il modulo di perdita e di accumulo, il modulo complesso e il Tan (δ) in funzione della profondità di contatto, del tempo e della frequenza. Lo stadio di riscaldamento opzionale consente di determinare la temperatura di transizione di fase dei materiali durante il DMA. I tester meccanici NANOVEA offrono moduli Nano e Micro multifunzione ineguagliabili su un'unica piattaforma. Entrambi i moduli Nano e Micro includono le modalità scratch tester, hardness tester e wear tester, offrendo la più ampia e semplice gamma di test disponibili su un singolo modulo.

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Transizione vetrosa localizzata con precisione con la nanoindentazione DMA

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

Transizione vetrosa localizzata con precisione con la nanoindentazione DMA

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Immaginate uno scenario in cui un campione sfuso viene riscaldato uniformemente a una velocità costante. Quando un materiale sfuso si riscalda e si avvicina al suo punto di fusione, inizia a perdere la sua rigidità. Se si eseguono indentazioni periodiche (prove di durezza) con la stessa forza target, la profondità di ciascuna indentazione dovrebbe aumentare costantemente, poiché il campione sta diventando più morbido (vedi figura 1). Ciò continua fino a quando il campione inizia a fondere. A questo punto, si osserverà un forte aumento della profondità di ciascuna tacca. Utilizzando questo concetto, il cambiamento di fase in un materiale può essere osservato utilizzando oscillazioni dinamiche con un'ampiezza di forza fissa e misurando il suo spostamento, ovvero l'analisi meccanica dinamica (DMA). Leggete la notizia della transizione vetrosa localizzata con precisione!

Misura del rilassamento da sforzo mediante nanoindentazione

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PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE

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Analisi viscoelastica della gomma

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

Analisi viscoelastica della gomma

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I pneumatici sono soggetti a deformazioni cicliche elevate quando i veicoli circolano su strada. Quando sono esposti a condizioni stradali difficili, la durata degli pneumatici è compromessa da molti fattori, come l'usura del filo, il calore generato dall'attrito, l'invecchiamento della gomma e altri.

Di conseguenza, i pneumatici presentano solitamente strutture a strati compositi in gomma caricata con carbonio, corde di nylon e fili d'acciaio, ecc. In particolare, la composizione della gomma nelle diverse aree dei sistemi di pneumatici è ottimizzata per fornire diverse proprietà funzionali, tra cui, a titolo esemplificativo, il filo resistente all'usura, lo strato di gomma ammortizzante e lo strato di base in gomma dura.

Un test affidabile e ripetibile del comportamento viscoelastico della gomma è fondamentale nel controllo di qualità e nella ricerca e sviluppo di nuovi pneumatici, nonché nella valutazione della durata di vita dei vecchi pneumatici. Analisi Dinamico-Meccanica (DMA) durante Nanoindentazione è una tecnica per caratterizzare la viscoelasticità. Quando viene applicata una sollecitazione oscillatoria controllata, viene misurata la deformazione risultante, consentendo agli utenti di determinare il modulo complesso dei materiali testati.

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Analisi meccanica dinamica con la nanoindentazione

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

La qualità dei tappi di sughero dipende in larga misura dalle loro proprietà meccaniche e fisiche. La sua capacità di sigillare il vino può essere identificata con questi importanti fattori: flessibilità, isolamento, resilienza e impermeabilità a gas e liquidi. Effettuando test di analisi meccanica dinamica (DMA), è possibile misurare le proprietà di flessibilità e resilienza con un metodo quantificabile. Queste proprietà sono caratterizzate con il tester meccanico Nanovea. Nanoindentazione sotto forma di modulo di Young, modulo di accumulo, modulo di perdita e tan delta (tan (δ)). Altri dati che possono essere raccolti dai test DMA sono lo sfasamento, la durezza, le sollecitazioni e le deformazioni del materiale.

Analisi meccanica dinamica con la nanoindentazione

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