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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.
