Girinti | Sürünme ve Gevşeme Uygulama Notları - NANOVEA: Malzeme Testleri için Gelişmiş Profilometreler, Tribometreler, Nanoindenterler ve Çizilme Test Cihazları

Hidrojelin Mekanik Özellikleri

nanovea — 21 Eylül 2021 Salı 20:41:24 +0000

HIDROJELIN MEKANIK ÖZELLIKLERI

NANOINDENTASYON KULLANARAK

Tarafından hazırlanmıştır

DUANJIE LI, PhD & JORGE RAMIREZ

GİRİŞ

Hidrojel, esneklik açısından doğal dokulara yakın bir benzerlik sağlayan süper su emiciliği ile bilinir. Bu benzerlik, hidrojeli sadece biyomalzemelerde değil, aynı zamanda elektronik, çevre ve kontakt lens gibi tüketici malları uygulamalarında da yaygın bir seçim haline getirmiştir. Her benzersiz uygulama, özel hidrojel mekanik özellikleri gerektirir.

HIDROJELLER IÇIN NANOINDENTASYONUN ÖNEMI

Hidrojeller, Nanoindentasyon için test parametrelerinin seçimi ve numune hazırlama gibi benzersiz zorluklar yaratır. Birçok nanoindentasyon sistemi, orijinal olarak aşağıdakiler için tasarlanmadığından büyük sınırlamalara sahiptir bu tür yumuşak malzemeler. Bazı nanoindentasyon sistemleri, numuneye kuvvet uygulamak için bir bobin/mıknatıs düzeneği kullanır. Gerçek bir kuvvet ölçümü yoktur, bu da yumuşak malzemeleri test ederken hatalı ve doğrusal olmayan yüklemeye yol açar. malzemeler. Temas noktasını belirlemek son derece zordur çünkü derinlik gerçekte ölçülen tek parametredir. Eğimdeki değişimi gözlemlemek neredeyse imkansızdır. Zamana Karşı Derinlik sırasında arsa indenter ucunun hidrojel malzemeye yaklaştığı dönem.

Bu sistemlerin sınırlamalarının üstesinden gelmek için, nano modül NANOVEA Mekanik Test Cihazı Yumuşak veya sert tüm malzeme türlerinde yüksek doğruluk sağlamak için ayrı bir yük hücresiyle kuvvet geri bildirimini ölçer. Piezo kontrollü yer değiştirme son derece hassas ve hızlıdır. Bu, bobin/mıknatıs düzeneğine sahip ve kuvvet geri bildirimi olmayan sistemlerin dikkate alması gereken birçok teorik varsayımı ortadan kaldırarak viskoelastik özelliklerin eşsiz ölçümüne olanak tanır.

ÖLÇÜM HEDEFI

Bu uygulamada NANOVEA Mekanik Test Cihazı, Nanoindentasyon modunda, bir hidrojel numunesinin sertliğini, elastik modülünü ve sürünmesini incelemek için kullanılır.

NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazı

TEST KOŞULLARI

Cam lam üzerine yerleştirilen bir hidrojel örneği, nanoindentasyon tekniği kullanılarak test edilmiştir. NANOVEA Mekanik Test Cihazı. Bu yumuşak malzeme için 3 mm çapında küresel bir uç kullanılmıştır. Yükleme süresi boyunca yük doğrusal olarak 0,06 ila 10 mN arasında artmıştır. Sürünme daha sonra 70 saniye boyunca maksimum 10 mN yükte girinti derinliğinin değişimi ile ölçülmüştür.

YAKLAŞMA HIZI: 100 μm/dak

İLETİŞİM YÜKÜ

0,06 mN

MAKS YÜK

10 mN

YÜKLEME ORANI

20 mN/dak

CREEP

70 s

SONUÇLAR & TARTIŞMA

Yükün ve derinliğin zamanın bir fonksiyonu olarak gelişimi aşağıda gösterilmiştir FÜGÜR 1. Bu grafikte de görülebileceği gibi Zamana Karşı DerinlikYükleme periyodunun başlangıcında eğimin değiştiği noktayı belirlemek çok zordur, bu da genellikle indenterin yumuşak malzemeyle temas etmeye başladığı yerin bir göstergesi olarak çalışır. Bununla birlikte, grafik Zamana Karşı Yük uygulanan bir yük altında hidrojelin kendine özgü davranışını göstermektedir. Hidrojel bilyeli girintiyle temas etmeye başladığında, hidrojel yüzey gerilimi nedeniyle bilyeli girintiyi çeker ve bu da yüzey alanını azaltma eğilimindedir. Bu davranış, yükleme aşamasının başlangıcında negatif ölçülen yüke yol açar. İndenter hidrojelin içine battıkça yük kademeli olarak artar ve daha sonra hidrojelin sürünme davranışını incelemek için 70 saniye boyunca maksimum 10 mN yükte sabit olacak şekilde kontrol edilir.

ŞEKİL 1: Zamanın bir fonksiyonu olarak yük ve derinliğin evrimi.

Arsa Zamana Karşı Sürünme Derinliği içinde gösterilir ŞEKİL 2ve Yük ve Yer Değiştirme nanoindentasyon testinin grafiği şurada gösterilmiştir ŞEKİL 3. Bu çalışmadaki hidrojel, Oliver-Pharr yöntemi kullanılarak yük yer değiştirme eğrisine dayalı olarak hesaplandığı üzere 16,9 KPa sertliğe ve 160,2 KPa Young modülüne sahiptir.

Sürünme, bir hidrojelin mekanik özelliklerinin incelenmesi için önemli bir faktördür. Piezo ve ultra hassas yük hücresi arasındaki yakın döngü geri besleme kontrolü, maksimum yükte sünme süresi boyunca gerçek bir sabit yükleme sağlar. Gösterildiği gibi ŞEKİL 2hidrojel, 3 mm bilye ucu tarafından uygulanan 10 mN maksimum yük altında 70 saniye içinde sürünme sonucu ~42 μm azalır.

ŞEKİL 2: Maksimum 10 mN yükte 70 saniye boyunca sürünme.

ŞEKİL 3: Hidrojelin Yüke Karşı Yer Değiştirme grafiği.

SONUÇ

Bu çalışmada, Türkiye'de NANOVEA Mekanik Test Cihazı, Nanoindentasyon modunda, sertlik, Young modülü ve sünme dahil olmak üzere bir hidrojelin mekanik özelliklerinin hassas ve tekrarlanabilir bir ölçümünü sağlar. Büyük 3 mm bilye ucu, hidrojel yüzeyine karşı uygun teması sağlar. Yüksek hassasiyetli motorlu numune tablası, hidrojel numunesinin düz yüzünün bilye ucunun altına doğru şekilde konumlandırılmasını sağlar. Bu çalışmadaki hidrojel 16,9 KPa sertlik ve 160,2 KPa Young modülü sergilemektedir. Sürünme derinliği, 70 saniye boyunca 10 mN yük altında ~42 μm'dir.

NANOVEA Mekanik Test Cihazları, tek bir platformda benzersiz çok fonksiyonlu Nano ve Mikro modüller sağlar. Her iki modül de çizik test cihazı, sertlik test cihazı ve aşınma test cihazı modu içerir ve tek bir platformda mevcut olan en geniş ve en kullanıcı dostu test yelpazesini sunar.
Sistem.

Benzer bir uygulamanız var mı?

The post Mechanical Properties of Hydrogel appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

Nanoindentasyon ile Polimerlerin Sürünme Deformasyonu

nanovea — Thu, 13 May 2021 19:38:09 +0000

Nanoindentasyon ile Polimerlerin Sürünme Deformasyonu

Daha fazla bilgi edinin

SÜRÜNME DEFORMASYONU

NANOINDENTASYON KULLANARAK POLIMERLERIN

Tarafından hazırlanmıştır

DUANJIE LI, Doktora

GİRİŞ

Viskoelastik malzemeler olarak polimerler, genellikle sürünme olarak da bilinen belirli bir uygulanan yük altında zamana bağlı bir deformasyona uğrarlar. Polimerik parçalar, yapısal bileşenler, bağlantılar ve bağlantı parçaları ve hidrostatik basınçlı kaplar gibi sürekli strese maruz kalacak şekilde tasarlandığında sürünme kritik bir faktör haline gelir.

IÇIN SÜRÜNME ÖLÇÜMÜNÜN ÖNEMI POLİMERLER

Viskoelastisitenin doğal doğası, polimerlerin performansında hayati bir rol oynar ve hizmet güvenilirliğini doğrudan etkiler. Yükleme ve sıcaklık gibi çevresel koşullar polimerlerin sürünme davranışını etkiler. Sünme arızaları sıklıkla, belirli hizmet koşulları altında kullanılan polimer malzemelerin zamana bağlı sünme davranışının dikkate alınmaması nedeniyle meydana gelir. Sonuç olarak polimerlerin viskoelastik mekanik davranışlarının güvenilir ve niceliksel bir testinin geliştirilmesi önemlidir. NANOVEA'nın Nano modülü Mekanik Test Cihazları yükü yüksek hassasiyetli bir piezo ile uygular ve kuvvetin ve yer değiştirmenin gelişimini yerinde doğrudan ölçer. Doğruluk ve tekrarlanabilirliğin birleşimi onu sürünme ölçümü için ideal bir araç haline getirir.

ÖLÇÜM HEDEFI

Bu uygulamada şunu gösterdik
NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazı
içinde Nanoindentasyon modu ideal bir araçtır
viskoelastik mekanik özelliklerin incelenmesi için
sertlik, Young modülü dahil
ve polimerik malzemelerin sünmesi.

NANOVEA

PB1000

TEST KOŞULLARI

Sekiz farklı polimer numunesi NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazı kullanılarak nanoindentasyon tekniği ile test edilmiştir. Yük 0 ila 40 mN arasında doğrusal olarak artarken, yükleme aşaması sırasında derinlik kademeli olarak artmıştır. Sürünme daha sonra 30 saniye boyunca maksimum 40 mN yükte indentasyon derinliğinin değişimi ile ölçülmüştür.

MAKSİMUM YÜK 40 mN

YÜKLEME ORANI
80 mN/dak

BOŞALTMA ORANI 80 mN/dak

CREEP ZAMANI
30 s

GİRDİ TÜRÜ

Berkovich

Elmas

*nanoindentasyon testinin kurulumu

SONUÇLAR & TARTIŞMA

Farklı polimer numuneleri üzerinde yapılan nanoindentasyon testlerinin yüke karşı yer değiştirme grafiği ŞEKİL 1'de gösterilmiş ve sürünme eğrileri ŞEKİL 2'de karşılaştırılmıştır. Sertlik ve Young modülü ŞEKİL 3'te özetlenmiş ve sürünme derinliği ŞEKİL 4'te gösterilmiştir. ŞEKİL 1'de bir örnek olarak, nanoindentasyon ölçümü için yük-yer değiştirme eğrisinin AB, BC ve CD kısımları sırasıyla yükleme, sürünme ve boşaltma süreçlerini temsil etmektedir.

Delrin ve PVC sırasıyla 0,23 ve 0,22 GPa ile en yüksek sertliği sergilerken, AYPE test edilen polimerler arasında 0,026 GPa ile en düşük sertliğe sahiptir. Genel olarak, daha sert polimerler daha düşük sürünme oranları göstermektedir. En yumuşak AYPE, Delrin için ~120 nm'ye kıyasla 798 nm ile en yüksek sürünme derinliğine sahiptir.

Polimerlerin sünme özellikleri, yapısal parçalarda kullanıldıklarında kritik öneme sahiptir. Polimerlerin sertliği ve sünmesi hassas bir şekilde ölçülerek, polimerlerin zamana bağlı güvenilirliği daha iyi anlaşılabilir. Sürünme, belirli bir yükte yer değiştirmenin değişimi, NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazı kullanılarak farklı yüksek sıcaklıklarda ve nemde de ölçülebilir ve polimerlerin viskoelastik mekanik davranışlarını nicel ve güvenilir bir şekilde ölçmek için ideal bir araç sağlar
simüle edilmiş gerçekçi uygulama ortamında.

ŞEKİL 1: Yük ve yer değiştirme grafikleri
farklı polimerlerin.

ŞEKİL 2: Maksimum 40 mN yükte 30 saniye boyunca sürünme.

ŞEKİL 3: Polimerlerin sertliği ve Young modülü.

ŞEKİL 4: Polimerlerin sürünme derinliği.

SONUÇ

Bu çalışmada, NANOVEA PB1000
Mekanik Test Cihazı, farklı polimerlerin sertlik, Young modülü ve sünme gibi mekanik özelliklerini ölçer. Bu tür mekanik özellikler, amaçlanan uygulamalar için uygun polimer malzemenin seçilmesinde esastır. Derlin ve PVC sırasıyla 0,23 ve 0,22 GPa ile en yüksek sertliği sergilerken, AYPE test edilen polimerler arasında 0,026 GPa ile en düşük sertliğe sahiptir. Genel olarak, daha sert polimerler daha düşük sürünme oranları sergilemektedir. En yumuşak AYPE, Derlin için ~120 nm'ye kıyasla 798 nm'lik en yüksek sürünme derinliğini gösterir.

NANOVEA Mekanik Test Cihazları, tek bir platformda benzersiz çok fonksiyonlu Nano ve Mikro modüller sağlar. Hem Nano hem de Mikro modüller çizik test cihazı, sertlik test cihazı ve aşınma test cihazı modlarını içerir ve tek bir sistemde mevcut olan en çılgın ve en kullanıcı dostu test yelpazesini sağlar.

Benzer bir uygulamanız var mı?

The post Creep Deformation of Polymers using Nanoindentation appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

Nanoindentasyon ile Gerilme Gevşemesi Ölçümü

nanovea — Fri, 01 Nov 2019 14:36:23 +0000

GİRİŞ

Viskoelastik malzemeler hem viskoz hem de elastik malzeme özelliklerine sahip olarak karakterize edilir. Bu malzemeler sabit gerilme altında zamana bağlı gerilme azalmasına (gerilme 'gevşemesi') maruz kalır ve bu da ilk temas kuvvetinde önemli bir kayba yol açar. Gerilme gevşemesi malzemenin türüne, dokusuna, sıcaklığına, ilk gerilmeye ve zamana bağlıdır. Gerilme gevşemesinin anlaşılması, belirli uygulamalar için gereken mukavemet ve esnekliğe (gevşeme) sahip optimum malzemelerin seçilmesinde kritik öneme sahiptir.

Stres Gevşeme Ölçümünün Önemi

ASTM E328i, "Malzemeler ve Yapılar için Gerilme Gevşemesi için Standart Test Yöntemleri" uyarınca, bir malzeme veya yapı üzerine önceden belirlenmiş bir maksimum kuvvete ulaşana kadar bir girinti ile harici bir kuvvet uygulanır. Maksimum kuvvete ulaşıldığında, girintinin konumu bu derinlikte sabit tutulur. Daha sonra, girintinin konumunu korumak için gerekli olan dış kuvvetteki değişiklik, zamanın bir fonksiyonu olarak ölçülür. Gerilim gevşeme testindeki zorluk, derinliği sabit tutmaktır. Nanovea Mekanik Test Cihazı'nın nanoindentasyon modülü, piezo-elektrikli bir aktüatör ile derinliğin kapalı (geri besleme) döngü kontrolünü uygulayarak stres gevşemesini doğru bir şekilde ölçer. Aktüatör, derinliği sabit tutmak için gerçek zamanlı olarak tepki verirken, yükteki değişiklik son derece hassas bir yük sensörü tarafından ölçülür ve kaydedilir. Bu test, katı numune boyutu gerekliliklerine ihtiyaç duyulmadan neredeyse her tür malzeme üzerinde gerçekleştirilebilir. Ayrıca, testin tekrarlanabilirliğini sağlamak için tek bir düz numune üzerinde birden fazla test gerçekleştirilebilir

ÖLÇÜM HEDEFI

Bu uygulamada, Nanovea Mekanik Test Cihazının nanoindentasyon modülü, bir akrilik ve bakır numunesinin stres gevşeme davranışını ölçer. Nanovea'yı sergiliyoruz Mekanik Test Cihazı polimer ve metal malzemelerin zamana bağlı viskoelastik davranışlarını değerlendirmek için ideal bir araçtır.

TEST KOŞULLARI

Bir akrilik ve bir bakır numunenin gerilme gevşemesi Nanovea Mekanik Test Cihazının nanoindentasyon modülü ile ölçülmüştür. Farklı indentasyon yükleme hızları 1 ila 10 µm/dak arasında uygulanmıştır. Hedef maksimum yüke ulaşıldığında gevşeme sabit bir derinlikte ölçülmüştür. Sabit bir derinlikte 100 saniyelik bir bekletme süresi uygulanmış ve yükteki değişim bekletme süresi geçtikçe kaydedilmiştir. Tüm testler ortam koşullarında (23 °C oda sıcaklığı) gerçekleştirilmiş ve girinti testi parametreleri Tablo 1'de özetlenmiştir.

SONUÇLAR VE TARTIŞMA

Şekil 2 akrilik bir numunenin gerilme gevşemesi ölçümü sırasında zamanın bir fonksiyonu olarak yer değiştirme ve yükün gelişimini ve örnek olarak 3 µm/dak'lık bir girinti yükleme hızını göstermektedir. Bu testin tamamı üç aşamaya ayrılabilir: Yükleme, Gevşeme ve Boşaltma. Yükleme aşaması sırasında, yük kademeli olarak arttıkça derinlik doğrusal olarak artmıştır. Gevşeme aşaması maksimum yüke ulaşıldığında başlatılmıştır. Bu aşamada, cihazın kapalı geri besleme döngüsü derinlik kontrol özelliği kullanılarak 100 saniye boyunca sabit bir derinlik korunmuş ve yükün zamanla azaldığı gözlemlenmiştir. Tüm test, indenterin akrilik numuneden çıkarılması için bir boşaltma aşaması ile sonlandırılmıştır.

Aynı girinti yükleme oranları kullanılarak ancak gevşeme (sünme) süresi hariç tutularak ilave girinti testleri yapılmıştır. Bu testlerden yük ve yer değiştirme grafikleri elde edilmiş ve akrilik ve bakır numuneler için Şekil 3'teki grafiklerde birleştirilmiştir. Girinti yükleme hızı 10'dan 1 µm/dak'ya düştükçe, yük-yer değiştirme eğrisi hem Akrilik hem de Bakır için giderek daha yüksek penetrasyon derinliklerine doğru kaymıştır. Gerinimde zamana bağlı böyle bir artış, malzemelerin viskoelastik sünme etkisinden kaynaklanmaktadır. Daha düşük bir yükleme hızı, viskoelastik bir malzemenin karşılaştığı dış gerilime tepki vermesi ve buna göre deforme olması için daha fazla zamana sahip olmasını sağlar ...

Farklı girinti yükleme hızları kullanılarak sabit bir gerinimdeki yükün gelişimi, test edilen her iki malzeme için Şekil 4'te çizilmiştir. Yük, testlerin gevşeme aşamasının (100 saniye tutma süresi) ilk aşamalarında daha yüksek bir oranda azalmış ve tutma süresi ~50 saniyeye ulaştığında yavaşlamıştır. Polimerler ve metaller gibi viskoelastik malzemeler, daha yüksek girinti yükleme oranlarına maruz kaldıklarında daha yüksek yük kaybı oranı sergilerler. Girinti yükleme hızı 1'den 10 µm/dak'ya yükseldikçe gevşeme sırasındaki yük kaybı oranı sırasıyla Akrilik için 51,5'ten 103,2 mN'ye ve Bakır için 15,0'dan 27,4 mN'ye yükselmiştir. Şekil 5.

ASTM Standardı E328ii'de belirtildiği gibi, stres gevşeme testlerinde karşılaşılan en büyük sorun, bir cihazın sabit bir gerinim/derinlik sağlayamamasıdır. Nanovea Mekanik Test Cihazı, hızlı hareket eden piezo-elektrik aktüatör ile bağımsız kapasitör derinlik sensörü arasında derinlik için kapalı bir geri besleme döngüsü kontrolü uygulayabilmesi sayesinde mükemmel doğrulukta gerilim gevşeme ölçümleri sağlar. Gevşeme aşaması sırasında piezo-elektrik aktüatör, yükteki değişim bağımsız bir yüksek hassasiyetli yük sensörü tarafından ölçülüp kaydedilirken gerçek zamanlı olarak sabit derinlik kısıtlamasını korumak için girintiyi ayarlar.

SONUÇ

Bir akrilik ve bir bakır numunenin gerilme gevşemesi, Nanovea Mekanik Test Cihazının nanoindentasyon modülü kullanılarak farklı yükleme hızlarında ölçülmüştür. Yükleme sırasında malzemenin sünme etkisi nedeniyle daha düşük yükleme hızlarında girintiler yapıldığında daha büyük bir maksimum derinliğe ulaşılır. Hem akrilik hem de bakır numune, hedeflenen maksimum yükteki girinti konumu sabit tutulduğunda gerilme gevşemesi davranışı sergilemektedir. Daha yüksek girinti yükleme oranlarına sahip testler için gevşeme aşaması sırasında yük kaybında daha büyük değişiklikler gözlenmiştir.

Nanovea Mekanik Test Cihazı tarafından üretilen stres gevşeme testi, cihazların polimer ve metal malzemelerin zamana bağlı viskoelastik davranışını ölçme ve güvenilir bir şekilde ölçme yeteneğini sergilemektedir. Tek bir platform üzerinde eşsiz çok fonksiyonlu Nano ve Mikro modüllere sahiptir. Nem ve sıcaklık kontrol modülleri, çok çeşitli endüstrilere uygulanabilen çevresel test yetenekleri için bu cihazlarla eşleştirilebilir. Hem Nano hem de Mikro modüller çizik testi, sertlik testi ve aşınma testi modlarını içerir ve tek bir sistemde mevcut olan en geniş ve en kullanıcı dostu mekanik test yetenekleri yelpazesini sağlar.

ŞIMDI, BAŞVURUNUZ HAKKINDA KONUŞALIM

The post Stress Relaxation Measurement using Nanoindentation appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

Polimer Filmlerin Kontrollü Nem Nanoindentasyonu

nanovea — Mon, 29 Aug 2016 21:19:32 +0000

Polimerin mekanik özellikleri, ortamdaki nem oranı yükseldikçe değişir. Geçici nem etkileri, diğer adıyla mekano-sorptif etkiler, polimerin yüksek nem içeriğini emmesi ve hızlandırılmış sürünme davranışı göstermesiyle ortaya çıkar. Daha yüksek sürünme uyumu, artan moleküler hareketlilik, sorpsiyon kaynaklı fiziksel yaşlanma ve sorpsiyon kaynaklı gerilim gradyanları gibi karmaşık birleşik etkilerin bir sonucudur.

Bu nedenle, farklı nem seviyelerinde polimerik malzemelerin mekanik davranışı üzerindeki sorpsiyon kaynaklı etkinin güvenilir ve nicel bir testine (Nem Nanoindentasyonu) ihtiyaç vardır. Nanovea Mekanik Test Cihazının Nano modülü, yükü yüksek hassasiyetli bir piezo ile uygular ve kuvvet ve yer değiştirmenin gelişimini doğrudan ölçer. Ölçüm doğruluğunu sağlayan ve nem gradyanının neden olduğu sapmanın etkisini en aza indiren bir izolasyon muhafazası ile girinti ucunu ve numune yüzeyini çevreleyen tek tip nem oluşturulur.

Polimer Filmlerin Kontrollü Nem Nanoindentasyonu

The post Controlled Humidity Nanoindentation of Polymer Films appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.