02.04.2020 by Milena Riedl
كيف يؤثر الماء على الخواص الميكانيكية للبوليمرات
لماذا يمثل الماء مشكلة للجزء المصنوع من اللدائن الحرارية؟ تصف الكتب المدرسية أن امتصاص الماء لبعض أنواع البولي أميد (PA) مرتفع جدًا في كل من الرطوبة النسبية بنسبة 50% وفي الماء. لن يكون هذا وحده هو المشكلة، ولكن امتصاص الماء يؤدي إلى خصائص مختلفة جدًا للمواد. كيف يمكن أن يساعد التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) في هذه المشكلة؟
أولاً، دعونا نتناول السؤال لماذا يمثل الماء مشكلة بالنسبة للجزء المصنوع من اللدائن الحرارية. تصف الكتب المدرسية أن امتصاص الماء لبعض أنواع البولي أميد (PA) مرتفع جدًا في كل من الرطوبة النسبية بنسبة 50% وفي الماء. لن يكون هذا وحده هو المشكلة، ولكن امتصاص الماء يؤدي إلى خصائص مختلفة جدًا للمواد. على سبيل المثال، ينخفض معامل البولي أميد (PA) بنسبة تصل إلى 66% في الجو الرطب. وبالتالي، فإن معرفة فقدان صلابة المواد البلاستيكية الحرارية أمر ضروري في بناء أجزاء البوليمر. كيف يمكن أن يساعد التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) في هذه المشكلة؟
DMA نظرياً
في هذه الطريقة، يتم تطبيق قوة جيبية (إجهاد) على العينة كمدخل. وينتج عن ذلك تشوّه جيبي (انفعال) كمخرج. من كلا المعلمين، يمكن حساب المعامل، والذي يشير إلى صلابة المادة. ولكن يمكننا معرفة المزيد عن المادة عن طريق قياس DMA! لنأخذ مثالاً على رجل يحمل كرة في يده. أسقط الكرة على الأرض، لكن الكرة لن تعود إلى الارتفاع الأصلي ليد الرجل. وهذا يوضح أن المادة تمارس سلوكيات مختلفة. ترتبط الطاقة المخزونة التي تبقى في الكرة لتعود من الأرض بمعامل التخزين E´. أما الارتفاع المفقود الذي لا تقفز الكرة لأعلى فيرتبط بالطاقة المبددة المرتبطة بمعامل الفقد (E"). في النهاية، نحصل أيضًا على معلومات عن سلوك التخميد للمادة.
في الأمثلة التالية، يُشار في الغالب إلى معامل التخزين، لأن هذه المعلمة هي الأكثر ارتباطًا بصلابة المادة، وبالتالي فهي الأكثر أهمية في بناء جزء البوليمر.
مثال 1: بولي أميد 6 تحت جو رطب
تم إجراء القياس باستخدام جهاز DMA 242 E Artemis DMA 242 E Artemis مع مولد رطوبة.يتم تطبيق الرطوبة النسبية في الفرن، مما يسمح بقياس الخواص الميكانيكية الديناميكية للمادة تحت الرطوبة. تم قياس عينة PA 6 بتردد 1 هرتز ودرجة حرارة 40 درجة مئوية في وضع الشد. تمت زيادة الرطوبة النسبية تدريجياً من 0% إلى 75% بمرور الوقت. تم قياس الصلابة (الموصوفة بمعامل التخزين E') للمادة في خطوات الرطوبة النسبية هذه. من الواضح أن صلابة المادة تنخفض مع زيادة الرطوبة النسبية. عند 50٪ رطوبة نسبية، انخفض معامل التخزين بنسبة 74٪ تقريبًا.
مثال 2: البولي يوريثان في حمام غمر
بالنسبة لهذا المثال، تم تجهيز جهاز DMA 242 E Artemis بحوض غمر، وهو عبارة عن حاوية مصنوعة من الفولاذ يمكن وضعها على حامل العينة. وهو قابل للتطبيق على جميع حاملات العينات وأنماط التشوه في DMA 242 E Artemis. تم قياس البولي يوريثان (PU) عند عدة ترددات، عند درجة حرارة 25 درجة مئوية وفي وضع الشد. في الشكل 3، يتضح بوضوح عند النقطة التي تمت فيها إضافة الماء في الحاوية. هناك انخفاض في معامل التخزين على مدار الوقت الذي كان فيه الماء ملامسًا للمادة. الانخفاض كبير ويصل إلى حوالي 17%.
يجب أن يوضع تأثير الرطوبة أو السوائل على المواد في الاعتبار عند إنشاء أجزاء البوليمر للتطبيقات المختلفة. إذا تم تصميم الجزء مع الصلابة الأصلية للمادة، فمن المحتمل أن يفشل الجزء في بيئة التطبيق. يمكن تجنب ذلك من خلال اختبار الخواص الميكانيكية الديناميكية في ظل ظروف الخدمة عن طريق التحليل الميكانيكي الديناميكي. تعرف على المزيد حول DMA 242 E Artemisهنا. هل تعلم؟ غالبًا ما يؤدي امتصاص الماء إلى تغيير أبعاد الجزء. قد يساعد جهاز TMA المجهز بمولد رطوبة في تقييم التغير في الطول تحت جو رطب. تابعنا على LinkedIn حتى لا يفوتك المقال!