23.03.2023 by Martin Rosenschon
لماذا تحتاج إلى DMAs ذات القوة العالية والمنخفضة القوة
التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) هو طريقة توفر معلومات عن السلوك المرن واللزج للمادة كدالة لدرجة الحرارة وتردد الحمل. يتم تعريض عينة اختبار لحمل محدد متذبذب ويتم قياس التشوه الناتج.
يمكن تصنيفأجهزة التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMAs) إلى أجهزة منخفضة القوة، والتي عادةً ما تولد قوى ديناميكية في نطاق أحادي إلى متوسط مكون من رقمين من النيوتن، وأنظمة عالية القوة قادرة على تطبيق ما يصل إلى عدة كيلو طن من الحمل الديناميكي. وبالإضافة إلى القوة الديناميكية، يمكن أن تنتج أجهزة DMAs عمومًا حملًا ثابتًا على العينة.
تحدد القوة القصوى للنظام وضع الاختبار - على سبيل المثال، الشد أو الانحناء أو القص - والإجهادات التي يمكن عندها توصيف مادة معينة. معامل التخزين E' هو خاصية المادة المحددة في هذا الصدد. وهي تحدد الضغوط في المادة التي تتحقق أثناء القياس عند إجهاد معين. يتم تحديد القوة الناتجة من خلال هندسة عينة الاختبار.
يوضح الشكل 1 مقارنة بين أنماط اختبار الانحناء ثلاثي النقاط، والشد والضغط مع هندسة مختارة وقيم معامل تخزين مختلفة فيما يتعلق بمتطلبات الحمل ذات الصلة. تم افتراض انفعال ديناميكي بنسبة 0.1% (باستثناء الانحناء ثلاثي النقاط بطول انحناء 50 مم). يستند الحد الأقصى للإجهاد الذي تم الوصول إليه إلى عامل قوة يبلغ 1.1، والذي يصف نسبة الحمل الساكن إلى الحمل الديناميكي. تتطلب جميع أوضاع الاختبار الموضحة قوة ساكنة بالإضافة إلى القوة الديناميكية. يساعد ذلك في الحفاظ على اتصال الأداة العلوية بالعينة (الانحناء والضغط) ومنع العينة من الالتواء (الشد).
وتجدر الإشارة إلى أن الشكل يوضح فقط جزءًا من الاحتمالات. عن طريق تقليل هندسة العينة أو تقليل سعة الإجهاد، يمكن عادةً توسيع طيف المعامل القابل للقياس. ومع ذلك، يجب دائمًا مراعاة عينات الاختبار القابلة للتصنيع والتمثيلية.
جميع المواد القابلة للقياس تقريباً!
باستخدام معلمات اختبار مناسبة، مثل هندسة العينة وحامل العينة، يمكن توصيف جميع المواد تقريبًا في أنظمة القوة المنخفضة. حتى المواد مثل الألومنيوم أو الفولاذ أو السيراميك، التي تبلغ قيم معامل تخزينها حوالي 70 جيجا باسكال و210 جيجا باسكال وأكثر، يمكن اختبارها بقوى ديناميكية تصل إلى 10 نيوتن في الانحناء ثلاثي النقاط (انظر الشكل 1: l: 50 مم، b: 6 مم، h: 1 مم، ديناميكية الانفعال: 0.05%). يلزم وجود أنظمة ذات حمولة عالية (500 نيوتن وأكثر) لتحليل مثل هذه المواد في حالة الضغط أو الشد، وبالطبع مع ضمان التثبيت الصحيح للعينة.
يرتبط اختيار النظام وإعداد القياس أيضًا بنطاق درجة الحرارة المراد فحصها والتطور ذي الصلة لخصائص اللزوجة المرنة. وبالتالي، غالبًا ما يكون توصيف المواد في إعداد قياس محدد ممكنًا عند درجة حرارة معينة. ومع ذلك، إذا تغير نطاق درجة الحرارة وتغيرت الخواص الميكانيكية خارج النطاق المكتشف للإعداد المحدد، لا يمكن إجراء التحليل.
يوضح الشكل 2 قياس DMA على مادة WPC (مركب بوليمر الخشب) في ثني ثلاثي النقاط بطول ثني حر يبلغ 50 مم. تتكون مواد WPC جزئيًا من البلاستيك (في هذه الحالة PVC) وجزئيًا من الخشب المتجدد. ومن التطبيقات النموذجية لمركب البوليمر الخشبي WPC ألواح التزيين.
عند درجة حرارة 15 درجة مئوية، تبلغ قيمة معامل التخزين E' للمادة 8.1 جيجا باسكال، وهي مادة قاسية نسبيًا. ومع ارتفاع درجة الحرارة، تنخفض القيمة خطيًا تقريبًا إلى 6.2 جيجا باسكال تقريبًا عند 65 درجة مئوية. في المرحلة الانتقالية الزجاجية عند درجة حرارة 78 درجة مئوية تقريبًا، يمكن أن تتحرك سلاسل البوليمر في المناطق غير المتبلورة من البوليمر ضد بعضها البعض، وتفقد المادة صلابتها بسرعة. بعد الانتقال الزجاجي، يبلغ معامل التخزين E' 302 ميجا باسكال فقط عند 120 درجة مئوية.
لنفترض أنه، بسبب مواصفات الاختبار أو حالة الإجهاد الواقعية، يجب قياس المادة في وضع الشد بسعة إجهاد تبلغ 0.1% (الحد الأقصى للتشوه الكلي: 0.21%). بالنسبة لمعامل التخزين الذي يبلغ حوالي 8.1 جيجا باسكال عند درجة حرارة 15 درجة مئوية، يلزم وجود مقطع عرضي بحد أقصى 1.23 مم² لتوصيف المادة في نطاق الحمل حتى 10 نيوتن. وإلى جانب استحالة إعداد مثل هذه العينة تقريبًا، لا يمكن ضمان تجانس المادة، وهو أمر مهم بشكل خاص لنتائج القياس التمثيلية في المواد المملوءة.
ووفقًا للشكل 1، يمكن قياس المادة باستخدام عينة بمساحة مقطع عرضي تبلغ 3 مم² في جهاز بقوة ديناميكية تبلغ 25 نيوتن دون أي مشاكل. تتطلب العينات ذات المقطع العرضي الأكبر، مثل 10 مم²، جهازًا بقوة 80 نيوتن تقريبًا.
أدوات NETZSCH DMA لمتطلباتك الخاصة
في كثير من الأحيان، يكون التوصيف الموحد للمادة ضروريًا، مما يضمن اتساق ظروف الاختبار وبالتالي إمكانية مقارنة النتائج بين المؤسسات المختلفة. على سبيل المثال، عادةً ما يتم اختبار المواد المطاطية واللدائن والمطاطية في وضع الضغط باستخدام عينة ارتفاعها 10 مم وقطرها 10 مم وفقًا لـ DIN 53513[1]. وتحت درجة حرارة الانتقال الزجاجي، تتمتع هذه المجموعات من المواد بمعامل تخزين يصل إلى 4 جيجا باسكال في الحالة غير المملوءة، وغالبًا ما يزيد عن 8 جيجا باسكال عند ملئها. ويتطلب اختبار المواد وفقًا لذلك أنظمة عالية القوة (انظر أيضًا الشكل 1).
يعتمد اختيار جهاز DMA ونطاق قوته أيضًا على التأثير المراد توصيفه. بالنسبة للظواهر المطاطية النموذجية مثل تأثير باين أو مولينز يلزم وجود مستويات إجهاد معينة لا يمكن تحقيقها إلا في الأجهزة ذات القوة القصوى الكافية.
سواءً كنت ترغب في قياس اللدائن المرنة اللينة أو اللدائن الحرارية غير المملوءة أو المملوءة واللدائن الحرارية واللدائن الحرارية حتى المعادن والسيراميك في حالات الانحناء أو الشد أو القص أو الضغط، فإن NETZSCH للتحليل والاختبار تقدم أجهزة DMA المصممة خصيصًا لتلبية متطلباتك. منتجاتنا مصممة للأحمال التي تتوافق مع تطبيقك المحدد.
[1] دين 53513:1990-03: Prüfung von Kautschuk und Elastomeren; Bestimmung der visko-elastischen Eigenschaften von Elastomeren bei erzwungen Schwingungen außerhalb der Resonanz. Berlin: Beuth-Verlag 1990
