Indentation | Loss and Storage Application Notes - NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing

Análise mecânica dinâmica da cortiça usando nanoindentação

nanovea — Quarta-feira, 17 de maio de 2023 14:15:13 +0000

ANÁLISE MECÂNICA DINÂMICA

DE CORTIÇA USANDO NANOINDENTAÇÃO

Preparado por

LIU FRANCA

INTRODUÇÃO

A Análise Mecânica Dinâmica (DMA) é uma técnica poderosa usada para investigar as propriedades mecânicas dos materiais. Nesta aplicação, nos concentramos na análise da cortiça, um material amplamente utilizado nos processos de vedação e envelhecimento do vinho. A cortiça, obtida da casca do carvalho Quercus suber, apresenta estruturas celulares distintas que proporcionam propriedades mecânicas semelhantes às dos polímeros sintéticos. Em um eixo, a cortiça tem estrutura de favo de mel. Os outros dois eixos são estruturados em múltiplos prismas retangulares. Isso confere à cortiça propriedades mecânicas diferentes, dependendo da orientação que está sendo testada.

IMPORTÂNCIA DO TESTE DE ANÁLISE MECÂNICA DINÂMICA (DMA) NA AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DA CORTIÇA

A qualidade das rolhas depende muito de suas propriedades mecânicas e físicas, que são cruciais para sua eficácia na vedação do vinho. Entre os principais fatores que determinam a qualidade da cortiça estão a flexibilidade, o isolamento, a resiliência e a impermeabilidade a gases e líquidos. Ao utilizar o teste de análise mecânica dinâmica (DMA), podemos avaliar quantitativamente as propriedades de flexibilidade e resiliência das rolhas, fornecendo um método confiável de avaliação.

O testador mecânico PB1000 da NANOVEA no Nanoindentação O modo DMA permite a caracterização dessas propriedades, especificamente o módulo de Young, o módulo de armazenamento, o módulo de perda e o tan delta (tan (δ)). O teste de DMA também permite a coleta de dados valiosos sobre mudança de fase, dureza, tensão e deformação do material de cortiça. Por meio dessas análises abrangentes, obtemos insights mais profundos sobre o comportamento mecânico das rolhas e sua adequação para aplicações de vedação de vinhos.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, realizamos uma análise dinâmico-mecânica (DMA) em quatro rolhas de cortiça usando o NANOVEA PB1000 Mechanical Tester no modo de nanoindentação. A qualidade das rolhas de cortiça é rotulada como: 1 - Flor, 2 - Primeira, 3 - Colmatada, 4 - Borracha sintética. Os testes de indentação DMA foram realizados nas direções axial e radial para cada rolha de cortiça. Ao analisar a resposta mecânica das rolhas de cortiça, nosso objetivo foi obter informações sobre seu comportamento dinâmico e avaliar seu desempenho sob diferentes orientações.

NANOVEA

PB1000

PARÂMETROS DE TESTE

FORÇA MÁXIMA	75 mN
TAXA DE CARREGAMENTO	150 mN/min
TAXA DE DESLOCAÇÃO	150 mN/min
AMPLITUDE	5 mN
FREQÜÊNCIA	1 Hz
CREEP	60 s

tipo indenter

Bola

51200 Aço

3 mm de diâmetro

RESULTADOS

Nas tabelas e gráficos abaixo, o módulo de Young, o módulo de armazenamento, o módulo de perda e o tan delta são comparados entre cada amostra e orientação.

Módulo de Young: Stiﬀness; valores altos indicam stiﬀ, valores baixos indicam ﬂexible.

Módulo de armazenamento: Resposta elástica; energia armazenada no material.

Módulo de perda: Resposta viscosa; energia perdida devido ao calor.

Tan (δ): Amortecimento; valores altos indicam mais amortecimento.

ORIENTAÇÃO AXIAL

*Rolha*	*MÓDULO DE YOUNG*	*MÓDULO DE ARMAZENAMENTO*	*MÓDULO PERDIDO*	*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

ORIENTAÇÃO RADIAL

*Rolha*	*MÓDULO DE YOUNG*	*MÓDULO DE ARMAZENAMENTO*	*MÓDULO PERDIDO*	*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

MÓDULO DE YOUNG

MÓDULO DE ARMAZENAMENTO

MÓDULO PERDIDO

TAN DELTA

Entre as rolhas de cortiça, o módulo de Young não é muito diferente quando testado na orientação axial. Apenas as rolhas #2 e #3 apresentaram uma diferença aparente no módulo de Young entre as direções radial e axial. Como resultado, o módulo de armazenamento e o módulo de perda também serão maiores na direção radial do que na direção axial. A rolha #4 apresenta características semelhantes às das rolhas de cortiça natural, exceto no módulo de perda. Isso é bastante interessante, pois significa que a cortiça natural tem uma propriedade mais viscosa do que o material de borracha sintética.

CONCLUSÃO

A NANOVEA Testador Mecânico no modo Nano Scratch Tester permite a simulação de muitas falhas reais de revestimentos de pintura e revestimentos duros. Ao aplicar cargas crescentes de forma controlada e monitorada de perto, o instrumento permite identificar em que carga ocorrem falhas. Isso pode então ser usado como uma forma de determinar valores quantitativos de resistência a arranhões. Sabe-se que o revestimento testado, sem desgaste, apresenta uma primeira fissura a cerca de 22 mN. Com valores mais próximos de 5 mN, fica claro que a volta de 7 anos degradou a pintura.

A compensação do perfil original permite obter a profundidade corrigida durante o arranhão e também medir a profundidade residual após o arranhão. Isso fornece informações adicionais sobre o comportamento plástico versus elástico do revestimento sob carga crescente. Tanto as rachaduras quanto as informações sobre deformação podem ser de grande utilidade para melhorar o revestimento duro. Os desvios padrão muito pequenos também demonstram a reprodutibilidade da técnica do instrumento, o que pode ajudar os fabricantes a melhorar a qualidade de seu revestimento/pintura e a estudar os efeitos das intempéries.

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Análise Mecânica Dinâmica (DMA) Varredura de Frequência em Polímero

Andrew Shore — Sex, 13 de novembro de 2020 00:21:49 +0000

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.

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Transição Precisa de Vidro Localizado com Nanoindentação DMA

nanovea — Ter, 14 de maio de 2019 16:14:41 +0000

Transição Precisa de Vidro Localizado com Nanoindentação DMA

Saiba mais

Imagine um cenário em que uma amostra a granel é aquecida uniformemente a uma taxa constante. Quando um material a granel aquece e se aproxima de seu ponto de fusão, ele começará a perder sua rigidez. Se as indentações periódicas (testes de dureza) forem realizadas com a mesma força alvo, a profundidade de cada indentação deve aumentar constantemente, uma vez que a amostra está se tornando mais macia (ver figura 1). Isto continua até que a amostra comece a derreter. Neste ponto, será observado um grande aumento na profundidade por travessão. Usando este conceito, a mudança de fase em um material pode ser observada utilizando oscilações dinâmicas com uma amplitude de força fixa e medindo seu deslocamento, ou seja, Análise Mecânica Dinâmica (DMA). Leia sobre a Transição Precisa de Vidro Localizado!

Medição de Relaxamento de Tensão usando Nanoindentação

Saiba mais

AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO

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Análise Viscoelástica de Borracha

nanovea — Seg, 11 de março de 2019 06:06:56 +0000

Análise Viscoelástica de Borracha

Saiba mais

Os pneus são submetidos a deformações altas cíclicas quando os veículos estão circulando na estrada. Quando expostos às duras condições da estrada, a vida útil dos pneus é prejudicada por muitos fatores, tais como o desgaste da rosca, o calor gerado pelo atrito, o envelhecimento da borracha, e outros.

Como resultado, os pneus geralmente têm estruturas de camadas compostas feitas de borracha com carbono, cordas de nylon, fios de aço, etc. Em particular, a composição da borracha em diferentes áreas dos sistemas de pneus é otimizada para fornecer diferentes propriedades funcionais, incluindo, mas não se limitando a rosca resistente ao desgaste, camada de borracha amortecedora e camada base de borracha dura.

Um teste confiável e repetível do comportamento viscoelástico da borracha é fundamental no controle de qualidade e na pesquisa e desenvolvimento de pneus novos, bem como na avaliação da vida útil de pneus antigos. Análise Mecânica Dinâmica (DMA) durante Nanoindentação é uma técnica de caracterização da viscoelasticidade. Quando a tensão oscilatória controlada é aplicada, a deformação resultante é medida, permitindo aos usuários determinar o módulo complexo dos materiais testados.

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Análise Mecânica Dinâmica com Nanoindentação

nanovea — Seg, 30 de julho de 2018 19:21:13 +0000

A qualidade das rolhas depende muito de sua propriedade mecânica e física. Sua capacidade de vedação do vinho pode ser identificada como estes importantes fatores: flexibilidade, isolamento, resiliência e impermeabilidade a gases e líquidos. Ao realizar testes de análise mecânica dinâmica (DMA), suas propriedades de flexibilidade e resiliência podem ser aferidas com um método quantificável. Estas propriedades são caracterizadas com o Nanovea Mechanical Tester's Nanoindentaion na forma de módulo Young, módulo de armazenamento, módulo de perda e delta tan (tan (δ)). Outros dados que podem ser coletados dos testes DMA são deslocamento de fase, dureza, tensão e tensão do material.

Análise Mecânica Dinâmica com Nanoindentação

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