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AR 월간 아카이브: 1월 2020
폴리머 튜브의 치수 및 표면 마감 처리
고분자 튜브의 치수 및 표면 분석의 중요성
고분자 재료로 만든 튜브는 자동차, 의료, 전기 및 기타 다양한 산업 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 본 연구에서는 Nanovea를 사용하여 다양한 고분자 재료로 만들어진 의료용 카테터를 연구했습니다. 3D 비접촉 프로파일로미터 를 사용하여 표면 거칠기, 형태 및 치수를 측정합니다. 감염, 물리적 외상, 염증 등 카테터와 관련된 많은 문제가 카테터 표면과 관련이 있을 수 있으므로 표면 거칠기는 카테터에 매우 중요합니다. 마찰 계수와 같은 기계적 특성도 표면 특성을 관찰하여 연구할 수 있습니다. 이러한 정량화 가능한 데이터를 통해 카테터를 의료용으로 사용할 수 있는지 확인할 수 있습니다.
광학 현미경 및 전자 현미경에 비해 축색법을 사용하는 3D 비접촉식 프로파일 분석은 각도/곡률 측정, 투명도 또는 반사율에 관계없이 재료 표면을 측정할 수 있는 능력, 최소한의 샘플 준비, 비침습적 특성으로 인해 카테터 표면을 특성화하는 데 매우 선호됩니다. 기존 광학 현미경과 달리 표면의 높이를 얻어 치수를 구하고 형태를 제거하여 표면 거칠기를 찾는 등 계산 분석에 사용할 수 있습니다. 전자 현미경과 달리 시료 전처리가 거의 필요 없고 비접촉식이기 때문에 시료 전처리로 인한 오염과 오류의 우려 없이 신속하게 데이터를 수집할 수 있습니다.
측정 목표
이 애플리케이션에서는 나노베아 3D 비접촉식 프로파일로미터를 사용하여 TPE(열가소성 엘라스토머)로 제작된 카테터와 PVC(폴리염화비닐)로 제작된 카테터 두 개의 표면을 스캔합니다. 두 카테터의 형태, 방사형 치수 및 높이 매개변수를 얻고 비교합니다.
결과 및 토론
3D 표면
나노베아 3D 비접촉식 프로파일로미터는 폴리머 튜브의 곡률에도 불구하고 카테터 표면을 스캔할 수 있습니다. 스캔이 완료되면 3D 이미지를 얻어 표면을 빠르고 직접 육안으로 검사할 수 있습니다.
2D 차원 분석
외부 반경 치수는 원본 스캔에서 프로파일을 추출하고 프로파일에 호를 맞춤으로써 얻었습니다. 이는 품질 관리 애플리케이션을 위한 빠른 치수 분석을 수행하는 3D 비접촉식 프로파일로미터의 능력을 보여줍니다. 카테터 길이를 따라 여러 개의 프로파일을 쉽게 얻을 수도 있습니다.
표면 분석 거칠기
외부 반경 치수는 원본 스캔에서 프로파일을 추출하고 프로파일에 호를 맞춤으로써 얻었습니다. 이는 품질 관리 애플리케이션을 위한 빠른 치수 분석을 수행하는 3D 비접촉식 프로파일로미터의 능력을 보여줍니다. 카테터 길이를 따라 여러 개의 프로파일을 쉽게 얻을 수도 있습니다.
결론
이 애플리케이션에서는 나노비아 3D 비접촉식 프로파일로미터를 사용하여 폴리머 튜브를 특성화하는 방법을 보여주었습니다. 특히 의료용 카테터에 대한 표면 계측, 반경 치수 및 표면 거칠기를 얻었습니다. TPE 카테터의 외부 반경은 2.40mm, PVC 카테터는 1.27mm로 확인되었습니다. TPE 카테터의 표면이 PVC 카테터보다 거칠다는 것을 알 수 있었습니다. TPE의 표면 거칠기(Sa)는 0.9740µm로 PVC의 0.1791µm에 비해 높았습니다. 이 응용 분야에는 의료용 카테터가 사용되었지만 3D 비접촉식 프로파일 측정은 다양한 표면에도 적용될 수 있습니다. 얻을 수 있는 데이터와 계산은 표시된 것에 국한되지 않습니다.
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
나노 인덴테이션을 이용한 치아 경도 평가
바이오 소재를 위한 나노인덴테이션의 중요성
기존의 많은 기계적 테스트(경도, 접착력, 압축, 펑크, 항복 강도 등)를 통해 젤에서 부서지기 쉬운 재료에 이르기까지 첨단 민감 재료를 사용하는 오늘날의 품질 관리 환경에서는 이제 더 높은 정밀도와 신뢰성 제어가 요구됩니다. 기존의 기계식 계측기는 벌크 재료에 사용하도록 설계되어 필요한 민감한 부하 제어 및 분해능을 제공하지 못합니다. 테스트 대상 재료의 크기에 대한 관심이 높아짐에 따라 다음과 같은 개발이 이루어졌습니다. 나노 인덴테이션 는 생체 재료 연구와 같이 작은 표면에서 필수적인 기계적 정보를 얻을 수 있는 신뢰할 수 있는 방법을 제공했습니다. 특히 생체 재료와 관련된 문제로 인해 매우 부드럽거나 부서지기 쉬운 재료에 대한 정확한 하중 제어가 가능한 기계적 테스트의 개발이 필요했습니다. 또한 다양한 기계적 테스트를 수행하기 위해서는 여러 대의 장비가 필요하지만 이제 단일 시스템에서 수행할 수 있습니다. 나노인덴테이션은 민감한 어플리케이션을 위해 나노 제어 하중에서 정밀한 분해능으로 광범위한 측정을 제공합니다.
측정 목표
이 애플리케이션에서 나노베아 기계 테스터, 나노압입 모드에서는 치아의 상아질, 충치 및 치수의 경도와 탄성 계수를 연구하는 데 사용됩니다. Nanoindentation 테스트에서 가장 중요한 측면은 샘플을 확보하는 것입니다. 여기서는 테스트를 위해 세 가지 관심 영역을 모두 노출시킨 채로 얇게 썬 치아와 에폭시를 장착했습니다.
결과 및 토론
이 섹션에는 여러 샘플의 주요 수치 결과를 비교하는 요약 표와 각 압입을 포함한 전체 결과 목록이 압입의 현미경 사진과 함께 제공됩니다(가능한 경우). 이러한 전체 결과에는 경도 및 영 계수의 측정값이 평균 및 표준 편차와 함께 침투 깊이로 표시됩니다. 표면 거칠기가 압흔과 동일한 크기 범위에 있는 경우 결과에 큰 편차가 발생할 수 있다는 점을 고려해야 합니다.
주요 수치 결과 요약 표입니다:
결론
결론적으로, 나노인덴테이션 모드에서 나노베아 메카니컬 테스터가 치아의 기계적 특성을 정밀하게 측정하는 방법을 살펴보았습니다. 이 데이터는 실제 치아의 기계적 특성과 더 잘 일치하는 충전재를 개발하는 데 사용할 수 있습니다. 나노베아 메카니컬 테스터의 포지셔닝 기능을 통해 다양한 영역에 걸쳐 치아의 경도를 완벽하게 매핑할 수 있습니다.
동일한 시스템을 사용하여 최대 200N의 높은 하중에서 치아 재료 파단 인성을 테스트할 수 있습니다. 다공성 재료에 대해 다중 사이클 하중 테스트를 사용하여 남은 탄성 수준을 평가할 수 있습니다. 평평한 원통형 다이아몬드 팁을 사용하면 각 영역의 항복 강도 정보를 얻을 수 있습니다. 또한 DMA "동적 기계 분석"을 사용하면 손실 및 저장 계수를 포함한 점탄성 특성을 평가할 수 있습니다.
나노베아 나노 모듈은 고유한 피드백 응답을 사용하여 가해지는 하중을 정밀하게 제어하기 때문에 이러한 테스트에 이상적입니다. 이 때문에 나노 모듈은 정확한 나노 스크래치 테스트에도 사용할 수 있습니다. 치아 재료와 충전재의 스크래치 및 내마모성에 대한 연구는 기계식 테스터의 전반적인 유용성을 더합니다. 날카로운 2미크론 팁을 사용하여 충전재의 마모를 정량적으로 비교하면 실제 적용 시 거동을 더 잘 예측할 수 있습니다. 멀티 패스 마모 또는 직접 회전 마모 테스트도 장기적인 생존 가능성에 대한 중요한 정보를 제공하는 일반적인 테스트입니다.
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
극저속에서의 마찰 평가
저속에서의 마찰 평가의 중요성
마찰은 서로 미끄러지는 고체 표면의 상대 운동에 저항하는 힘입니다. 두 접촉면의 상대적인 움직임이 발생하면 계면에서의 마찰로 인해 운동 에너지가 열로 변환됩니다. 이 과정에서 소재가 마모되어 사용 중인 부품의 성능이 저하될 수 있습니다.
신축성이 크고 탄성이 높을 뿐만 아니라 방수성과 내마모성이 뛰어난 고무는 자동차 타이어, 앞 유리 와이퍼 블레이드, 신발 밑창 등 마찰이 중요한 역할을 하는 다양한 응용 분야와 제품에 광범위하게 적용됩니다. 이러한 응용 분야의 특성과 요구 사항에 따라 다양한 재료에 대한 높은 마찰력 또는 낮은 마찰력이 요구됩니다. 따라서 다양한 표면에 대한 고무의 마찰을 제어되고 신뢰할 수 있는 방식으로 측정하는 것이 매우 중요합니다.
측정 목표
다양한 재료에 대한 고무의 마찰 계수(COF)는 Nanovea를 사용하여 제어되고 모니터링되는 방식으로 측정됩니다. 트라이보미터. 본 연구에서는 매우 낮은 속도에서 다양한 재료의 COF를 측정할 수 있는 Nanovea 마찰계의 성능을 소개하고자 합니다.
결과 및 토론
세 가지 재료(스테인리스 스틸 SS 316, Cu 110 및 옵션 아크릴)에 대한 고무 공(직경 6mm, RubberMill)의 마찰 계수(COF)를 나노베아 트라이보미터로 평가했습니다. 테스트된 금속 샘플은 측정 전에 거울과 같은 표면 마감으로 기계적으로 연마되었습니다. 적용된 정상 하중 하에서 고무 볼의 약간의 변형으로 인해 면적 접촉이 발생하여 샘플 표면 마감의 불균일성 또는 불균일성이 COF 측정에 미치는 영향을 줄이는 데 도움이 됩니다. 테스트 파라미터는 표 1에 요약되어 있습니다.
네 가지 속도에서 서로 다른 재료에 대한 고무 공의 COF는 그림 2에 나와 있습니다. 2에 표시되어 있으며, 소프트웨어에 의해 자동으로 계산된 평균 COF는 그림 3에 요약되어 비교되어 있습니다. 흥미로운 점은 금속 샘플(SS 316 및 Cu 110)의 경우 회전 속도가 0.01rpm의 매우 낮은 값에서 5rpm으로 증가함에 따라 고무/SS 316 커플의 COF 값이 0.29에서 0.8로, 고무/Cu 110 커플의 경우 0.65에서 1.1로 크게 증가한다는 것입니다. 이 결과는 여러 실험실에서 보고된 결과와 일치합니다. Grosch가 제안한 대로4 고무의 마찰은 주로 두 가지 메커니즘에 의해 결정됩니다: (1) 고무와 다른 재료 사이의 접착력, (2) 표면 이형성으로 인한 고무의 변형으로 인한 에너지 손실. 스칼라마흐5 부드러운 고무 구체와 딱딱한 표면 사이의 계면을 가로질러 카운터 재료에서 고무가 분리되는 파동을 관찰했습니다. 고무가 기판 표면에서 벗겨지는 힘과 분리 파동 속도는 테스트 중 다른 속도에서 다른 마찰을 설명할 수 있습니다.
이에 비해 고무/아크릴 소재 커플은 다양한 회전 속도에서 높은 COF를 나타냅니다. 회전 속도가 0.01rpm에서 5rpm으로 증가함에 따라 COF 값은 ~ 1.02에서 ~ 1.09로 약간 증가합니다. 이러한 높은 COF는 테스트 중에 형성된 접촉면의 국소 화학 결합이 더 강해졌기 때문일 수 있습니다.
결론
이 연구에서는 매우 낮은 속도에서 고무가 독특한 마찰 거동을 보이는데, 상대적인 움직임의 속도가 증가함에 따라 딱딱한 표면과의 마찰이 증가한다는 것을 보여줍니다. 고무는 다른 재료 위에서 미끄러질 때 다른 마찰을 보입니다. 나노베아 트라이보미터는 다양한 속도에서 제어 및 모니터링 방식으로 재료의 마찰 특성을 평가할 수 있으므로 사용자는 재료의 마찰 메커니즘에 대한 근본적인 이해를 높이고 목표 마찰 공학 응용 분야에 가장 적합한 재료 조합을 선택할 수 있습니다.
나노베아 트라이보미터는 하나의 사전 통합된 시스템에서 고온 마모, 윤활 및 트리보 부식 모듈(옵션)을 사용할 수 있는 ISO 및 ASTM 준수 회전 및 선형 모드를 사용하여 정밀하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공합니다. 이 시스템은 0.01rpm의 극도로 낮은 속도에서 회전 단계를 제어할 수 있으며 현장에서 마찰의 변화를 모니터링할 수 있습니다. 나노비아의 독보적인 제품군은 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 모든 마찰 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.
