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Análise Mecânica Dinâmica (DMA) Varredura de Frequência em Polímero
VARREDURA DE FREQÜÊNCIA DMA
SOBRE POLÍMEROS USANDO NANOINDENTAÇÃO
Preparado por
Duanjie Li, PhD
INTRODUÇÃO
IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE MECÂNICA DINÂMICA TESTE DE VARREDURA DE FREQÜÊNCIA
A mudança na frequência da tensão muitas vezes leva a variações no módulo complexo, que é uma propriedade mecânica crítica dos polímeros. Por exemplo, os pneus estão sujeitos a elevadas deformações cíclicas quando os veículos circulam na estrada. A frequência da pressão e da deformação muda à medida que o carro acelera para velocidades mais altas. Tal alteração pode resultar em variação nas propriedades viscoelásticas do pneu, que são fatores importantes no desempenho do carro. É necessário um teste confiável e repetível do comportamento viscoelástico de polímeros em diferentes frequências. O módulo Nano da NANOVEA Testador Mecânico gera carga senoidal por um atuador piezoelétrico de alta precisão e mede diretamente a evolução da força e do deslocamento usando célula de carga ultrassensível e capacitor. A combinação de fácil configuração e alta precisão o torna uma ferramenta ideal para varredura de frequência de Análise Mecânica Dinâmica.
Os materiais viscoelásticos apresentam tanto características viscosas quanto elásticas quando submetidos a deformações. Longas cadeias moleculares em materiais poliméricos contribuem para suas propriedades viscoelásticas únicas, ou seja, uma combinação das características tanto de sólidos elásticos quanto de fluidos newtonianos. Estresse, temperatura, freqüência e outros fatores desempenham um papel nas propriedades viscoelásticas. A Análise Mecânica Dinâmica, também conhecida como DMA, estuda o comportamento viscoelástico e o módulo complexo do material, aplicando uma tensão sinusoidal e medindo a mudança de deformação.
OBJETIVO DA MEDIÇÃO
Nesta aplicação, estudamos as propriedades viscoelásticas de uma amostra de pneu polido em diferentes frequências de DMA usando o Testador Mecânico Mais Poderoso, NANOVEA PB1000, em Nanoindentação modo.
NANOVEA
PB1000
CONDIÇÕES DE TESTE
FREQUÊNCIAS (Hz):
0.1, 1.5, 10, 20
TEMPO DE ARREPIO EM CADA FREQ.
50 seg
TENSÃO DE OSCILAÇÃO
0.1 V
TENSÃO DE CARGA
1 V
tipo indenter
Spherical
Diamante | 100 μm
RESULTADOS & DISCUSSÃO
A varredura de freqüência da Análise Mecânica Dinâmica na carga máxima permite uma medição rápida e simples das características viscoelásticas da amostra em diferentes freqüências de carga em um teste. O deslocamento de fase e as amplitudes das ondas de carga e deslocamento em diferentes freqüências podem ser usados para calcular uma variedade de propriedades viscoelásticas fundamentais do material, incluindo Módulo de armazenamento, Módulo de perdas e Tan (δ) como resumido nos gráficos a seguir.
As freqüências de 1, 5, 10 e 20 Hz neste estudo, correspondem a velocidades de cerca de 7, 33, 67 e 134 km por hora. Como a freqüência de teste aumenta de 0,1 a 20 Hz, pode-se observar que tanto o módulo de armazenamento quanto o módulo de perda aumentam progressivamente. Tan (δ) diminui de ~0,27 para 0,18 à medida que a freqüência aumenta de 0,1 para 1 Hz, e depois aumenta gradualmente para ~0,55 quando a freqüência de 20 Hz é atingida. A varredura de freqüência DMA permite medir as tendências do Módulo de Armazenamento, Módulo de Perda e Tan (δ), que fornecem informações sobre o movimento dos monômeros e reticulação, assim como a transição vítrea dos polímeros. Ao elevar a temperatura usando uma placa de aquecimento durante a varredura de freqüência, pode-se obter uma imagem mais completa da natureza do movimento molecular sob diferentes condições de teste.
EVOLUÇÃO DA CARGA E PROFUNDIDADE
DA VARREDURA TOTAL DE FREQÜÊNCIA DMA
Carga e Profundidade vs Tempo em DIFERENTES FREQUÊNCIAS
MÓDULO DE ARMAZENAMENTO
EM DIFERENTES FREQÜÊNCIAS
MÓDULO PERDIDO
EM DIFERENTES FREQÜÊNCIAS
TAN (δ)
EM DIFERENTES FREQÜÊNCIAS
CONCLUSÃO
Neste estudo, mostramos a capacidade do NANOVEA Mechanical Tester em realizar o teste de varredura de freqüência da Análise Mecânica Dinâmica em uma amostra de pneu. Este teste mede as propriedades viscoelásticas do pneu em diferentes freqüências de tensão. O pneu mostra maior módulo de armazenamento e perda à medida que a freqüência de carga aumenta de 0,1 para 20 Hz. Ele fornece informações úteis sobre os comportamentos viscoelásticos do pneu rodando em diferentes velocidades, o que é essencial para melhorar o desempenho dos pneus para passeios mais suaves e seguros. O teste de varredura de freqüência DMA pode ser realizado em várias temperaturas para imitar o ambiente de trabalho realista do pneu sob diferentes condições climáticas.
No Módulo Nano do Testador Mecânico NANOVEA, a aplicação de carga com o piezo rápido é independente da medição de carga feita por um strain gage separado de alta sensibilidade. Isto dá uma vantagem distinta durante a Análise Mecânica Dinâmica, pois a fase entre profundidade e carga é medida diretamente a partir dos dados coletados do sensor. O cálculo da fase é direto e não necessita de modelagem matemática que acrescenta imprecisão ao módulo de perda e armazenamento resultante. Este não é o caso de um sistema baseado em bobina.
Em conclusão, a DMA mede o módulo de perda e armazenamento, módulo complexo e Tan (δ) em função da profundidade, tempo e freqüência do contato. O estágio opcional de aquecimento permite determinar a temperatura de transição de fase dos materiais durante o DMA. Os testadores mecânicos NANOVEA fornecem módulos Nano e Micro multifuncionais inigualáveis em uma única plataforma. Ambos os módulos Nano e Micro incluem os modos de teste de arranhões, teste de dureza e teste de desgaste, proporcionando a mais ampla e amigável gama de testes disponíveis em um único módulo.
