مقدمة
تُستخدم أنواع مختلفة من الأحمال في DMA. يتم تحميل العينة في حالة الشد أو الضغط أو الانحناء أو القص. في كثير من الأحيان، يتم تحديد الحمل المطبق من خلال التطبيق المستقبلي، ولكن في بعض الأحيان، يمكن اختيار نوع الحمل بحرية. على أي حال، يبرز السؤال إلى أي مدى يمكن مقارنة النتائج. في هذه المذكرة التطبيقية، تتم مقارنة أوضاع التحميل ذات الصلة بشكل خاص بتطبيقات البوليمر - الشد والانحناء الحر (الانحناء ثلاثي النقاط) والانحناء المثبت (الكابولي المزدوج).
القياس المقارن لـ PE-HD
وكمثال على ذلك، تم فحص اللدائن الحرارية شبه البلورية، PE-HD، في جهاز DMA GABO Eplexor® 500 N (الشكل 1). كانت عبارة عن مادة صفائح متجانسة مقسمة إلى عينات دقيقة الأبعاد بأبعاد 55 × 5 × 2 مم بواسطة آلة طحن.
من أجل تحقيق أقصى تأثير للقياس، تم تثبيت عينة الشد بطول 35 مم. في الانحناء ثلاثي النقاط، يتم اختيار عرض دعم يبلغ 30 مم، حيث يعد هذا حلاً وسطًا جيدًا بين العوامل المختلفة. مع عروض الدعم الأصغر، تلعب تأثيرات التلامس غير المرغوب فيها عند نقاط التحميل دورًا أكبر: مع وجود عروض تحمل أكبر، تنحني العينة كثيرًا في نطاق التليين، حيث تتراكب ضغوط الشد بشكل متزايد ولا ينتج عن القياس نتائج ذات مغزى.
مع وجود مادة وأبعاد متطابقة، تكون العينة أكثر صلابة في الشد منها في الانحناء. وفقًا لذلك، يلزم أكثر من 50 نيوتن في الشد لتحقيق إجهاد ديناميكي بنسبة 0.1%. في الانحناء، تم تحديد إجهاد مستهدف أكبر إلى حد ما بنسبة 0.15% من أجل زيادة تأثيرات القياس في نطاق التليين وأيضًا لتحقيق ضغط كافٍ في دعامات الانحناء الحر. أما في الانحناء المثبت (الكابولي المزدوج)، فإن 9 نيوتن كافية لتحقيق الإجهاد المستهدف، وفي الانحناء الحر، يكفي حتى 5 نيوتن. وبالتالي، فإن السلالات الديناميكية تكون دائمًا في نطاق المرونة الخطية (تنص المواصفة القياسية ISO 6721 على حد أقصى نموذجي للإجهاد يبلغ 0.2%). بالنسبة للحمل الساكن، يتم استخدام التحكم النسبي (FStat = PF * FDyn) في جميع الحالات. يتم إجراء القياسات في نطاق درجة الحرارة من -150 درجة مئوية إلى +150 درجة مئوية بمعدل تسخين 2 كلفن/دقيقة. تم تلخيص معلمات القياس في الجدول 1.
كما يتضح من الشكل 2، فإن معامل يونج مقابل درجة الحرارة متطابق إلى حد كبير في أوضاع التحميل المختلفة؛ ولذلك، بالنسبة للمادة المتجانسة، ليس من الضروري التمييز بين وحدة الانحناء ووحدة الشد. يُقاس معامل التخزين E* في البداية أقل إلى حد ما في الشد عند درجة حرارة -150 درجة مئوية مقارنةً بالانحناء، ولكن بعد ذلك، تكون معاملات التخزين في الشد والانحناء الحر متطابقة إلى حد كبير. في نطاق التليين، تكون العينة مشوهة بشدة في حوامل عينة الانحناء. وهذا هو السبب في أنه من الممكن هنا قياس معاملات أقل إلى حد ما في وضع الشد.
في الانحناء المثبت (الكابولي المزدوج)، يكون معامل التخزين المقاس أقل إلى حد ما بدءًا من -50 درجة مئوية تقريبًا. وينعكس هذا السلوك أيضًا في معامل الفقد E": في حين أن القيم في الشد والانحناء متشابهة جدًا، فإن القيم المقاسة في الانحناء المشبك تنحرف قليلاً (المنحنى الأخضر). ويعتبر السبب في ذلك هو أن حالة الإجهاد المعقدة تحدث بالفعل في العينة أثناء التثبيت، وعلى النقيض من الوضع في حالة الشد، لم يعد من الممكن تعويض التمدد الخطي الإضافي للعينة. كما تتولد إجهادات حرارية إضافية، خاصةً أثناء اكتساح درجة الحرارة، مما يزيد من إجهاد العينة.
الجدول 1: معلمات القياس المستخدمة والقوة المطلوبة
| الشد | الانحناء ثلاثي النقاط | ناتئ مزدوج (30 مم) | |
| إجهاد ديناميكي | 0.1% عند 1 هرتز | 0.15% عند 1 هرتز | |
| الحمل الساكن | 1.1 PF | 1.5 PF | FStat = 0 N |
| معدل التسخين | 2 ك/دقيقة | 2 كلفن/دقيقة | 2 كلفن/دقيقة |
| قوة القياس الناتجة | >50 N | 5 N | 9 N |
معلومات عامة عن استخدام أوضاع التحميل
عند ثني العينة، يختلف الإجهاد المؤثِّر عبر المقطع العرضي. في الحالة الموضَّحة في الشكل 3، يؤثِّر إجهاد انضغاطي على الجانب العلوي من العينة، وإجهاد شد على الجانب السفلي. بالإضافة إلى ذلك، يختلف عزم الانحناء وكذلك الإجهاد على طول العينة. وهذا يعني أن الإجهادات أو الإجهادات المحددة في الانحناء تنطبق دائمًا على الألياف الخارجية فقط وعلى طول مركز العينة.
إذا كان سلوك المادة يعتمد على الإجهاد، فمن غير المنطقي أساسًا القياس في حالة الانحناء. ولذلك، في المواصفة القياسية ISO 6721، يوصى عمومًا بوضع القياس مع حالة إجهاد موحدة - أي الشد أو الضغط أو القص - للبوليمرات غير الخطية. فيما يتعلق بأبعاد العينة، تفرض المواصفة القياسية ISO 6721 بعض القيود التي تم تلخيصها في الجدول 2.
الجدول 2: الأشكال الهندسية المسموح بها للعينات وفقًا للمواصفة القياسية ISO 6721
| الشد | الطول / العرض > 6 |
| 3 نقاط الانحناء | عرض المحمل / ارتفاع العينة > 16 عرض المحمل / ارتفاع العينة > 6 |
| ناتئ مزدوج | طول الانحناء الحر / ارتفاع العينة > 32 طول الانحناء الحر / ارتفاع العينة > 12 |
هذا للتأكد من أن التثبيت أو التخزين لا يؤثر إلا تأثيرًا ضئيلًا نسبيًا على النتائج. في الممارسة العملية، غالبًا ما تظهر انحرافات قوية نسبيًا، خاصةً في الانحناء المشبك للعينات الأكثر صلابة. لذلك، يوصى باختبار العينات الرقيقة أو اللينة نسبيًا فقط باستخدام حامل العينة الكابولي المزدوج.
الخاتمة
يقاس البلاستيك بشكل أساسي في الشد أو الانحناء الحر أو الثني المشبك. باستخدام مثال عينة متجانسة من PE-HD، كان من الممكن إظهار أنه يتم الحصول على نتائج متطابقة تقريبًا في الشد والانحناء الحر في الظروف المثالية، بينما تحدث انحرافات طفيفة في الانحناء المشبك (الكابولي المزدوج).
إذا كانت المادة تعتمد على السعة على الإطلاق، فيجب قياس العينة في حالة الشد. يوفر DMA GABO Eplexor® 500 N جميع الإمكانيات لتحقيق هذه الغاية.