Как водата влияе върху механичните свойства на полимерите

Първо, нека да отговорим на въпроса защо водата е проблем за част, изработена от термопластмаси. В учебниците е описано, че поглъщането на вода за някои видове полиамид (PA) е наистина високо както при 50% относителна влажност, така и във вода. Само по себе си това не би било проблем, но поглъщането на вода води до много различни свойства на материалите. Например модулът на натиск на полиамида (PA) намалява с до 66 % във влажна атмосфера. Следователно познаването на загубата на твърдост на термопластичния материал е от съществено значение при конструирането на полимерни части. Как динамичният механичен анализ (ДМА) може да помогне в този проблем?

DMA на теория

При този метод към образеца се прилага синусоидална сила (напрежение) като входна величина. В резултат на това на изхода се получава синусоидална деформация (деформация). От двата параметъра може да се изчисли модулът, който се отнася до твърдостта на материала. Но чрез измерване на DMA можем да разберем още повече за материала! Нека вземем за пример човек, който държи топка в ръката си. Той изпуска топката на пода, но топката няма да се върне на първоначалната височина на ръката на мъжа. Това илюстрира, че материалът упражнява различно поведение. Съхранената енергия, която остава в топката, за да се върне обратно от земята, е свързана с модула на съхранение E´. Липсващата височина, на която топката не изскача, е свързана с разсеяната енергия, свързана с модула на загуба (E"). В крайна сметка получаваме информация и за демпфиращото поведение на материала.

В следващите примери се говори предимно за модула на съхранение, тъй като този параметър е най-тясно свързан с твърдостта на материала и следователно е най-важен при конструирането на полимерна част.

Пример 1: Полиамид 6 във влажна атмосфера

Измерването е извършено с DMA 242 E Artemis в комбинация с генератор на влажност.в пещта се подава относителна влажност, което позволява измерване на динамичните механични свойства на материала при влажност. Пробата от PA 6 е измерена при честота 1 Hz и температура 40°C в режим на опън. Относителната влажност се увеличаваше постепенно от 0 % до 75 % с течение на времето. При тези стъпки на относителната влажност е измерена твърдостта (описана чрез модула на съхранение E') на материала. Ясно се вижда, че твърдостта на материала намалява с увеличаването на относителната влажност. При относителна влажност 50 % модулът на съхранение намалява с приблизително 74 %.

Пример 2: Полиуретан в имерсионна вана

За този пример DMA 242 E Artemis е оборудван с вана за потапяне, която представлява стоманен контейнер, който може да се постави върху държача за проби. Той е приложим за всички държачи на образци и режими на деформация на DMA 242 E Artemis. Полиуретанът (PU) беше измерен при няколко честоти, при температура 25°C и в режим на опън. На фигура 3 ясно се вижда в кой момент е добавена водата в контейнера. Наблюдава се намаляване на модула на съхранение през времето, през което водата е била в контакт с материала. Намалението е значително и възлиза на около 17 %.

При конструирането на полимерни детайли за различни приложения трябва да се има предвид влиянието на влагата или течностите върху материалите. Ако дадена част е конструирана с първоначалната твърдост на материала, има вероятност тя да се повреди в средата на приложение. Това може да бъде избегнато чрез изпитване на динамичните механични свойства в условия на експлоатация посредством динамичен механичен анализ. Научете повече за DMA 242 E Artemisтук. Знаете ли, че поглъщането на вода често води до промяна в размерите на даден детайл. TMA, оборудван с генератор на влажност, може да помогне за оценка на промяната на дължината в условията на влажна атмосфера. Последвайте ни в LinkedIn, за да не пропуснете статията!