Det rigtige valg - Sammenligning af træk-, bøjnings- og dobbelt cantilever-målemetoder i DMA med PE som eksempel

Introduktion

Der anvendes forskellige belastningstyper i DMA. Prøven belastes med træk, tryk, bøjning eller forskydning. Ofte bestemmes den anvendte StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning af den fremtidige anvendelse, men nogle gange kan belastningstypen vælges frit. Under alle omstændigheder opstår spørgsmålet om, i hvilket omfang resultaterne er sammenlignelige. I denne applikationsnote sammenlignes de belastningstilstande, der er særligt relevante for polymeranvendelser - træk, fri bøjning (3-punktsbøjning) og fastspændt bøjning (dobbelt cantilever).

Sammenlignende måling af PE-HD

Som eksempel blev en semikrystallinsk termoplast, PE-HD, undersøgt i en DMA GABO Eplexor^® 500 N (figur 1). Det var et homogent plademateriale, der blev opdelt i dimensionelt præcise prøver med målene 55 x 5 x 2 mm ved hjælp af en fræsemaskine.

For at opnå en maksimal måleeffekt er trækprøven fastspændt til en længde på 35 mm. Ved 3-punktsbøjning vælges en støttebredde på 30 mm, da det er et godt kompromis mellem forskellige faktorer. Med endnu mindre støttebredder spiller uønskede kontakteffekter ved lejepunkterne en større rolle: Ved større oplagsbredder bøjer prøven for meget i blødgøringsområdet, hvorved trækspændinger i stigende grad overlejres, og målingen ikke længere giver meningsfulde resultater.

Med samme materiale og dimensioner er prøven meget stivere i træk end i bøjning. Derfor kræves der mere end 50 N i træk for at opnå den dynamiske tøjning på 0,1 %. Ved bøjning blev der indstillet en noget større målstamme på 0,15 % for at øge måleeffekterne i blødgøringsområdet og også for at opnå tilstrækkelig kompression i understøtningerne af den frie bøjning. Ved fastspændt bøjning (dobbelt cantilever) er 9 N dog tilstrækkeligt til at opnå målstammen, og ved fri bøjning er selv 5 N nok. De dynamiske belastninger ligger således altid i det lineære elastiske område (ISO 6721 foreskriver en typisk maksimal StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning på 0,2 %). Til den statiske StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning anvendes i alle tilfælde en proportional styring (FStat = PF * FDyn). Målingerne udføres i temperaturområdet fra -150 °C til +150 °C med en opvarmningshastighed på 2 K/min. Måleparametrene er opsummeret i tabel 1.

Som det fremgår af figur 2, er Youngs modul som funktion af temperaturen stort set identisk for de forskellige belastningstilstande; for et homogent materiale er det derfor ikke nødvendigt at skelne mellem et bøjnings- og et trækmodul. Lagringsmodulet E* måles i starten noget lavere i træk ved -150 °C end i bøjning, men derefter er lagringsmodulerne i træk og fri bøjning stort set identiske. I blødgøringsområdet vil prøven blive stærkt deformeret i bøjningsprøveholderne. Derfor er det her muligt at måle noget lavere moduli i spændingstilstand.

Ved fastspændt bøjning (dobbelt cantilever) er det målte lagringsmodul noget lavere fra ca. -50 °C. Denne adfærd afspejles også i tabsmodulet E": Mens værdierne ved træk og bøjning er meget ens, afviger de målte værdier ved fastspændt bøjning en smule (grøn kurve). Årsagen til dette anses for at være, at der allerede opstår en kompleks spændingstilstand i prøven under fastspændingen, og i modsætning til situationen i træk er det derefter ikke længere muligt at kompensere for yderligere lineær udvidelse af prøven. Især under et temperatursweep opstår der også yderligere termiske spændinger, som belaster prøven endnu mere.

Tabel 1: Anvendte måleparametre og påkrævet kraft

Generel information om brugen af Load Modes

Når en prøve bøjes, varierer den påførte spænding på tværs af tværsnittet. I det tilfælde, der er vist i figur 3, virker der en trykspænding på oversiden af prøven og en trækspænding på undersiden. Desuden varierer bøjningsmomentet og spændingen langs prøvens længde. Det betyder, at specificerede tøjninger eller spændinger ved bøjning altid kun gælder i de ydre fibre og i længderetningen i midten af prøven.

Hvis materialets opførsel er afhængig af StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning, giver det dybest set ikke meget mening at måle i bøjning. Derfor anbefaler ISO 6721 også generelt en målemetode med ensartet spændingstilstand - dvs. træk, tryk eller forskydning - for ikke-lineære polymerer. Med hensyn til prøvens dimensioner pålægger ISO 6721 nogle begrænsninger, som er opsummeret i tabel 2.

Tabel 2: Tilladte prøvegeometrier i overensstemmelse med ISO 6721

Dette er for at sikre, at fastspænding eller opbevaring kun har relativt lille indflydelse på resultaterne. I praksis viser der sig ofte relativt store afvigelser, især ved fastspændt bøjning af stivere prøver. Derfor anbefales det kun at teste relativt tynde eller bløde prøver med den dobbelte prøveholder.

Konklusion

Plast måles hovedsageligt i træk, fri eller fastspændt bøjning. Ved hjælp af eksemplet med en homogen PE-HD-prøve var det muligt at vise, at der opnås næsten identiske resultater i træk og fri bøjning under ideelle forhold, mens der forekommer små afvigelser i fastspændt bøjning (dobbelt cantilever).

Hvis et materiale overhovedet er afhængigt af amplituden, skal prøven måles i træk. DMA GABO Eplexor^® 500 N tilbyder alle muligheder for dette.