PL 
EN 
ES 
DE 
FR 
IT 
ZH 
JA 
PT 
TR 
KO 
AR 
Dynamiczna analiza mechaniczna (DMA) - przemiatanie częstotliwości na polimerach
PRZEMIATANIE CZĘSTOTLIWOŚCI DMA
NA POLIMERZE PRZY UŻYCIU NANOINDENTACJI
Przygotowane przez
Duanjie Li, PhD
WPROWADZENIE
ZNACZENIE DYNAMICZNEJ ANALIZY MECHANICZNEJ BADANIE PRZEMIATANIA CZĘSTOTLIWOŚCI
Zmieniająca się częstotliwość naprężeń często prowadzi do zmian modułu zespolonego, który jest krytyczną właściwością mechaniczną polimerów. Na przykład opony poddawane są cyklicznym dużym odkształceniom, gdy pojazdy poruszają się po drodze. Częstotliwość nacisków i odkształceń zmienia się w miarę przyspieszania samochodu do większych prędkości. Taka zmiana może skutkować zmianą właściwości lepkosprężystych opony, które są ważnymi czynnikami wpływającymi na osiągi samochodu. Potrzebne jest wiarygodne i powtarzalne badanie lepkosprężystego zachowania polimerów przy różnych częstotliwościach. Moduł Nano NANOVEA Tester mechaniczny generuje obciążenie sinusoidalne za pomocą precyzyjnego siłownika piezoelektrycznego i bezpośrednio mierzy ewolucję siły i przemieszczenia za pomocą ultraczułego ogniwa obciążnikowego i kondensatora. Połączenie łatwej konfiguracji i wysokiej dokładności sprawia, że jest to idealne narzędzie do przemiatania częstotliwości w dynamicznej analizie mechanicznej.
Materiały lepkosprężyste wykazują zarówno cechy lepkie jak i sprężyste podczas poddawania ich deformacji. Długie łańcuchy molekularne w materiałach polimerowych przyczyniają się do ich unikalnych właściwości lepkosprężystych, tj. połączenia cech zarówno sprężystych ciał stałych, jak i płynów newtonowskich. Naprężenie, temperatura, częstotliwość i inne czynniki odgrywają rolę we właściwościach lepkosprężystych. Dynamiczna analiza mechaniczna, znana również jako DMA, bada zachowanie lepkosprężyste i moduł złożony materiału poprzez zastosowanie sinusoidalnego naprężenia i pomiar zmiany odkształcenia.
CEL POMIARU
W tej aplikacji badamy właściwości lepkosprężyste próbki wypolerowanej opony przy różnych częstotliwościach DMA przy użyciu najpotężniejszego testera mechanicznego NANOVEA PB1000 w Nanoindentacja tryb.
NANOVEA
PB1000
WARUNKI BADANIA
CZĘSTOTLIWOŚĆ (Hz):
0.1, 1.5, 10, 20
CZAS PEŁZANIA PRZY KAŻDEJ CZĘSTOTLIWOŚCI.
50 sek
NAPIĘCIE OSCYLACJI
0.1 V
NAPIĘCIE ŁADOWANIA
1 V
typ wgłębnika
Sferyczny
Diament | 100 μm
WYNIKI I DYSKUSJA
Przemiatanie częstotliwościowe Dynamicznej Analizy Mechanicznej przy maksymalnym obciążeniu umożliwia szybki i prosty pomiar właściwości lepkosprężystych próbki przy różnych częstotliwościach obciążenia w ramach jednej próby. Przesunięcie fazowe oraz amplitudy fal obciążenia i przemieszczenia przy różnych częstotliwościach mogą być wykorzystane do obliczenia wielu podstawowych właściwości lepkosprężystych materiału, w tym Moduł przechowywania, Moduł strat oraz Tan (δ) co podsumowano na poniższych wykresach.
Częstotliwości 1, 5, 10 i 20 Hz w tym badaniu, odpowiadają prędkościom około 7, 33, 67 i 134 km na godzinę. Wraz ze wzrostem częstotliwości badania od 0,1 do 20 Hz można zaobserwować, że zarówno moduł spiętrzenia jak i moduł strat stopniowo wzrastają. Tan (δ) zmniejsza się z ~0,27 do 0,18 w miarę wzrostu częstotliwości od 0,1 do 1 Hz, a następnie stopniowo wzrasta do ~0,55 po osiągnięciu częstotliwości 20 Hz. Przemiatanie częstotliwości DMA pozwala na pomiar trendów modułu spiętrzenia, modułu stratności i Tan (δ), które dostarczają informacji o ruchu monomerów i sieciowaniu, a także o przejściu szklistym polimerów. Podnosząc temperaturę za pomocą płyty grzejnej podczas przemiatania częstotliwości, można uzyskać pełniejszy obraz charakteru ruchu molekularnego w różnych warunkach badania.
EWOLUCJA OBCIĄŻENIA I GŁĘBOKOŚCI
PEŁNEGO PRZEMIATANIA CZĘSTOTLIWOŚCI DMA
Obciążenie i głębokość w zależności od czasu przy różnych częstotliwościach
MODUŁ PRZECHOWYWANIA
PRZY RÓŻNYCH CZĘSTOTLIWOŚCIACH
MODUŁ STRATY
PRZY RÓŻNYCH CZĘSTOTLIWOŚCIACH
TAN (δ)
PRZY RÓŻNYCH CZĘSTOTLIWOŚCIACH
PODSUMOWANIE
W tym badaniu zaprezentowaliśmy możliwości urządzenia NANOVEA Mechanical Tester w zakresie wykonywania testu przemiatania częstotliwościowego Dynamicznej Analizy Mechanicznej na próbce opony. Test ten mierzy właściwości lepkosprężyste opony przy różnych częstotliwościach naprężeń. Opona wykazuje wzrost modułu magazynowania i stratności wraz ze wzrostem częstotliwości obciążenia od 0,1 do 20 Hz. Badanie dostarcza przydatnych informacji na temat zachowania się opony w warunkach lepkosprężystych przy różnych prędkościach, co jest niezbędne do poprawy osiągów opon w celu zapewnienia bardziej płynnej i bezpiecznej jazdy. Test przemiatania częstotliwości DMA może być wykonywany w różnych temperaturach, aby naśladować realistyczne środowisko pracy opony w różnych warunkach pogodowych.
W module Nano testera mechanicznego NANOVEA, przykładanie obciążenia za pomocą szybkiego piezoelementu jest niezależne od pomiaru obciążenia wykonywanego przez oddzielny, wysokoczuły tensometr. Daje to wyraźną przewagę podczas Dynamicznej Analizy Mechanicznej, ponieważ faza pomiędzy głębokością a obciążeniem jest mierzona bezpośrednio z danych zebranych z czujnika. Obliczenie fazy jest bezpośrednie i nie wymaga modelowania matematycznego, które dodaje niedokładności do wynikowego modułu stratności i przechowywania. Nie jest to możliwe w przypadku systemu opartego na cewkach.
Podsumowując, DMA mierzy moduł stratności i przechowywania, moduł złożony i Tan (δ) w funkcji głębokości kontaktu, czasu i częstotliwości. Opcjonalny stopień grzania umożliwia wyznaczenie temperatury przejścia fazowego materiałów podczas DMA. Testery mechaniczne NANOVEA zapewniają niezrównaną funkcjonalność modułów Nano i Micro na jednej platformie. Zarówno moduły Nano jak i Micro zawierają tryby testera zarysowań, testera twardości oraz testera zużycia, zapewniając najszerszy i najbardziej przyjazny dla użytkownika zakres badań dostępny w jednym module.
