Jak voda ovlivňuje mechanické vlastnosti polymerů

Nejprve se zabývejme otázkou, proč je voda pro díl vyrobený z termoplastů problémem. V učebnicích je popsáno, že absorpce vody je u některých typů polyamidu (PA) opravdu vysoká jak v 50% relativní vlhkosti, tak ve vodě. To by samo o sobě nebyl problém, ale absorpce vody vede k velmi rozdílným vlastnostem materiálů. Například Modul pružnostiKomplexní modul pružnosti (pružná složka), modul skladování nebo G' je "reálná" část vzorků celkového komplexního modulu pružnosti. Tato pružná složka udává pevnou nebo fázovou odezvu měřeného vzorku. modul pružnosti polyamidu (PA) se ve vlhkém prostředí snižuje až o 66 %. Znalost ztráty tuhosti termoplastického materiálu je tedy při konstrukci polymerních dílů zásadní. Jak může v této problematice pomoci dynamická mechanická analýza (DMA)?

DMA v teorii

Při této metodě se na vzorek působí sinusovou silou (napětím). Výsledkem je sinusová deformace (deformace) jako výstup. Z obou parametrů lze vypočítat Modul pružnostiKomplexní modul pružnosti (pružná složka), modul skladování nebo G' je "reálná" část vzorků celkového komplexního modulu pružnosti. Tato pružná složka udává pevnou nebo fázovou odezvu měřeného vzorku. modul pružnosti, který se vztahuje k tuhosti materiálu. Pomocí měření DMA však můžeme o materiálu zjistit ještě více! Vezměme si příklad muže, který má v ruce míč. Míč upustí na zem, ale míč se nevrátí do původní výšky mužovy ruky. To ilustruje, že materiál působí různým chováním. Uložená energie, která zůstane v míčku, aby se vrátil ze země, souvisí s modulem úložného odporu E´. Chybějící výška, do které míč nevyskočí, souvisí s rozptýlenou energií spojenou se ztrátovým modulem (E"). Nakonec získáme také informaci o tlumicím chování materiálu.

V následujících příkladech se většinou hovoří o modulu skladovatelnosti, protože tento parametr nejvíce souvisí s tuhostí materiálu, a je tedy při konstrukci polymerního dílu nejdůležitější.

Příklad 1: Polyamid 6 ve vlhké atmosféře

Měření bylo provedeno pomocí přístroje DMA 242 E Artemis v kombinaci s generátorem vlhkosti.v peci je aplikována relativní vlhkost, která umožňuje měřit dynamické mechanické vlastnosti materiálu za vlhkosti. Vzorek PA 6 byl měřen při frekvenci 1 Hz a teplotě 40 °C v tahovém režimu. Relativní vlhkost byla v průběhu času postupně zvyšována z 0 % na 75 %. V těchto krocích relativní vlhkosti byla měřena tuhost (popsaná modulem skladovatelnosti E') materiálu. Je jasně patrné, že tuhost materiálu se s rostoucí relativní vlhkostí snižuje. Při relativní vlhkosti 50 % se Pružnost a modul pružnostiPružnost pryže nebo entropická pružnost popisuje odolnost jakéhokoli pryžového nebo elastomerového systému proti vnější deformaci nebo deformaci. modul skladovatelnosti snížil přibližně o 74 %.

Příklad 2: Polyuretan v ponorné lázni

Pro tento příklad byl přístroj DMA 242 E Artemis vybaven ponornou lázní, což je nádoba z oceli, kterou lze nasadit na držák vzorku. Je použitelná pro všechny držáky vzorků a deformační režimy přístroje DMA 242 E Artemis. Polyuretan (PU) byl měřen při několika frekvencích, teplotě 25 °C a v tahovém režimu. Na obrázku 3 je jasně patrné, v jakém okamžiku byla do nádoby přidána voda. V průběhu doby, kdy byla voda v kontaktu s materiálem, dochází k poklesu modulu skladovatelnosti. Tento pokles je výrazný a činí přibližně 17 %.

Při konstrukci polymerních dílů pro různé aplikace je třeba mít na paměti vliv vlhkosti nebo kapalin na materiály. Pokud je díl navržen s původní tuhostí materiálu, je pravděpodobné, že v prostředí použití selže. Tomu lze předejít testováním dynamických mechanických vlastností v provozních podmínkách pomocí dynamické mechanické analýzy. Více informací o DMA 242 E Artemis naleznete zde. Věděli jste, že absorpce vody často vede ke změně rozměrů dílu? TMA vybavená generátorem vlhkosti může pomoci posoudit změnu délky ve vlhkém prostředí. Sledujte nás na síti LinkedIn, aby vám článek neunikl!