Въведение
В DMA се използват различни типове натоварване. Пробата се натоварва на опън, натиск, огъване или срязване. Често прилаганото натоварване се определя от бъдещото приложение, но понякога видът на натоварването може да се избере свободно. Във всеки случай възниква въпросът доколко резултатите са сравними. В тази приложна бележка се сравняват режимите на натоварване, които са особено важни за полимерните приложения - опън, свободно огъване (3-точково огъване) и притиснато огъване (двоен конзолен елемент).
Сравнително измерване на PE-HD
Като пример може да се посочи полукристална термопластмаса, PE-HD, която беше изследвана в DMA GABO Eplexor® 500 N (фигура 1). Той представляваше хомогенен листов материал, разделен на образци с точни размери с размери 55 x 5 x 2 mm с помощта на фреза.
За да се постигне максимален измервателен ефект, образецът за опън е захванат с дължина 35 mm. При триточковото огъване се избира ширина на опората от 30 mm, тъй като това е добър компромис между различните фактори. При още по-малка ширина на опората нежеланите контактни ефекти в опорните точки играят по-голяма роля: При по-големи ширини на опората образецът се огъва твърде много в диапазона на омекване, при което напреженията на опън все повече се наслагват и измерването вече не дава значими резултати.
При идентичен материал и размери образецът е много по-твърд при опън, отколкото при огъване. Съответно за постигане на динамична деформация от 0,1 % са необходими повече от 50 N при опън. При огъване е зададена малко по-голяма целева деформация от 0,15 %, за да се увеличат ефектите от измерването в диапазона на омекване, а също и за да се постигне достатъчна компресия в опорите на свободното огъване. При затегнатото огъване (двойна конзола) обаче 9 N са достатъчни за постигане на целевата деформация, а при свободното огъване са достатъчни дори 5 N. По този начин динамичните деформации винаги са в линейно еластичния диапазон (ISO 6721 предвижда типична максимална деформация от 0,2 %). За статичното натоварване във всички случаи се използва пропорционално управление (FStat = PF * FDyn). Измерванията се извършват в температурния диапазон от -150°C до +150°C при скорост на нагряване 2 K/min. Параметрите на измерването са обобщени в таблица 1.
Както може да се види на фигура 2, модулът на Юнг в зависимост от температурата е до голяма степен идентичен за различните режими на натоварване; следователно за хомогенен материал не е необходимо да се прави разлика между модул на огъване и модул на опън. Модулът на съхранение E* първоначално се измерва малко по-нисък при опън при -150 °C, отколкото при огъване, но след това модулите на съхранение при опън и свободно огъване са до голяма степен идентични. В диапазона на омекване образецът ще бъде силно деформиран в държачите за проби за огъване. Ето защо тук е възможно да се измерят малко по-ниски модули в режим на опън.
В режим на огъване с притискане (двойна конзола) измереният модул на съхранение е малко по-нисък, започвайки от около -50°C. Това поведение се отразява и в модула на загуба E": Докато стойностите в режим на опън и огъване са много сходни, измерените в режим на притиснато огъване се отклоняват малко (зелена крива). Смята се, че причината за това е, че по време на стягането в образеца вече възниква сложно напрегнато състояние и за разлика от ситуацията при опън, тогава вече не е възможно да се компенсира допълнителното линейно разширение на образеца. Особено по време на температурната промяна се генерират и допълнителни термични напрежения, които още повече натоварват образеца.
Таблица 1: Използвани параметри на измерването и необходима сила
| Напрежение | Триточково огъване | Двойна конзола (30 mm) | |
| Динамична деформация | 0.1% при 1 Hz | 0.15% при 1 Hz | |
| Статично натоварване | 1.1 PF | 1.5 PF | FStat = 0 N |
| Скорост на нагряване | 2 K/min | 2 K/min | 2 K/min |
| Резултатна сила на измерване | >50 N | 5 N | 9 N |
Обща информация за използването на режимите на натоварване
Когато образецът се огъва, напрежението, което се прилага, се променя в напречното сечение. В случая, показан на фигура 3, върху горната страна на образеца действа напрежение на натиск, а върху долната - напрежение на опън. Освен това огъващият момент, както и напрежението, варират по дължината на образеца. Това означава, че определените деформации или напрежения при огъване винаги се прилагат само във външните влакна и по дължина в центъра на образеца.
Ако поведението на материала зависи от деформацията, по принцип няма смисъл да се измерва при огъване. Поради това в ISO 6721 режимът на измерване с равномерно напрегнато състояние - т.е. опън, натиск или срязване - се препоръчва по принцип и за нелинейни полимери. По отношение на размерите на пробата ISO 6721 налага някои ограничения, които са обобщени в таблица 2.
Таблица 2: Допустими геометрии на пробите в съответствие с ISO 6721
| Напрежение | Дължина/ширина > 6 |
| огъване с 3 точки | Широчина на лагера / височина на образеца > 16 Широчина на лагера / височина на образеца > 6 |
| Двойна конзола | Дължина на свободно огъване / височина на образеца > 32 Дължина на свободно огъване / височина на образеца > 12 |
Това се прави, за да се гарантира, че притискането или съхранението оказват относително слабо влияние върху резултатите. В практиката често се наблюдават относително силни отклонения, особено при огъване със затягане за по-твърди образци. Поради това се препоръчва да се изпитват само относително тънки или меки образци с двойния конзолен държач за образци.
Заключение
Пластмасите се измерват основно при опън, свободно или притиснато огъване. С примера на хомогенна проба от PE-HD беше възможно да се покаже, че при идеални условия се получават почти идентични резултати при опън и свободно огъване, докато при опънато огъване (двойна конзола) се наблюдават леки отклонения.
Ако даден материал изобщо зависи от амплитудата, образецът трябва да се измерва при опън. DMA GABO Eplexor® 500 N предлага всички възможности за тази цел.