24.01.2023 by Rüdiger Sehling
Nye muligheder med NETZSCH DMA Calculator
Om indflydelsen af den indgående prøvegeometri på elasticitetsmodulet i bøjningstilstand-Nye muligheder med NETZSCH DMA Calculator
Dynamisk mekanisk analyse (forkortet: DMA) er en metode, der giver oplysninger om et materiales elastiske og viskøse opførsel som en funktion af temperatur, tid og belastningsfrekvens.
Bøjningsopsætningen er den mest almindelige måletype for DMA-systemer. I denne opsætning kan meget stive og hårde prøver (f.eks. metaller, fiberforstærkede og stærkt fyldte hærdeplastmaterialer) såvel som termoplast måles. For eksempel placeres en prøve i 3-punktsbøjningstilstand på højre og venstre støtte i en fri position uden fastspænding. Trykstangen påfører den oscillerende 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 fra toppen. Denne opsætning gør det derfor muligt at måle modulværdierne meget præcist.
Generelt er det vigtigt at have nøjagtigt definerede prøvegeometrier, fordi selv small tolerancer genererer betydelige forskelle i modulværdierne, især for tynde prøver. I bøjningstilstand (3-punktsbøjning og dobbelt eller enkelt cantilever) indgår den indtastede prøvetykkelse i3. potens i beregningen af modulet. Det betyder, at planparallelle overflader er meget vigtige for at kunne måle pålidelige modulusværdier. Hvis dette ikke er tilfældet, skyldes forskelle i modulet kun lidt forskellige prøvegeometrier. Især for tynde prøvestrimler kan forskelle i tykkelse ofte måles. I figur 2 viser eksemplet med en PTFE-strimmel, at tykkelsen varierer fra 1,06 mm til 1,3 mm.
I figur 3 vises DMA-måleresultaterne for PFTE-strimlen i et temperaturområde fra -70 °C til 100 °C. For at demonstrere indflydelsen af forskellige prøvegeometrier blev der til denførste test (sort kurve) indtastet en prøvetykkelse på 1,3 mm og til denanden test en tykkelsesværdi på 1,06 mm. Når man sammenligner de to målinger, kan man se, at de målte modulværdier afviger meget fra hinanden i hele temperaturområdet (med ca. 84 %, vurderet ved f.eks. -20 °C).
DMA Calculator viser hurtigt resultater
Denne indflydelse af prøvetykkelsen kan også nemt demonstreres med DMA-beregneren (inkluderet i NETZSCH Proteus® software), hvormed modul-, deformations- og kraftværdier kan beregnes. Til beregning af modulværdierne er det generelt nødvendigt at kende værdien for den dynamiske kraft og også for den dynamiske amplitude. Ud fra disse to værdier beregnes et materiales stivhed, som derefter ganges med en geometrisk faktor for at beregne modulet. Værdierne for den dynamiske kraft og den dynamiske amplitude kan nemt evalueres i softwaren Proteus® software. I figur 4 er signalerne for den dynamiske kraft IFsI og den dynamiske amplitude IAsI desuden vist for den målte PTFE-prøve. Man kan se, at værdierne for den dynamiske kraft og den dynamiske amplitude er næsten identiske for de to målinger (sort og brun), hvilket også viser den høje reproducerbarhed af NETZSCH DMA. Det betyder, at den målte modulusværdi kun afhænger af den indtastede geometri. Disse evaluerede værdier for den dynamiske kraft IFsI og den dynamiske amplitude IAsI kan nu bruges til DMA-beregneren til at kontrollere indflydelsen af lidt forskellige værdier i de indtastede prøvegeometrier.
DMA-beregner - Hvordan man bruger dette værktøj til at kontrollere indflydelsen af forskellige indtastede prøvetykkelser på det beregnede modul, demonstreret med et eksempel på PTFE:
Specificeret prøvetykkelse: 1,3 mm
På den samme prøve blev kun prøvetykkelsen ændret fra 1,3 mm til 1,06 mm for at se påvirkningen:
DMA-beregner - masser af fordele
Ved hjælp af DMA-beregneren kan det hurtigt illustreres, at forskelle i prøvetykkelse genererer betydelige forskelle i modulusværdien (her 1493 MPa til 2754 MPa -> ca. 84 % afvigelse ved -20 °C). Dette eksempel viser igen, at forskelle i det målte modul E' kan skyldes lidt forskellige bestemte prøvetykkelser, selvom prøvematerialet er identisk. For at estimere og vise denne indflydelse kan man blot bruge DMA-beregneren. Det er således ikke længere nødvendigt at udføre flere DMA-målinger for at påvise denne indflydelse. Som vist i eksemplet kan toleranceområdet for modulusværdien nu nemt estimeres for hver enkelt måling.
En yderligere fordel er, at DMA-beregneren kan bruges til alle typer DMA-målinger: 3-punktsbøjning, enkelt/dobbelt udkragning, træk, tryk, indtrængning eller forskydning. Desuden er det med denne DMA-beregner også muligt at beregne kræfter og amplituder for et givet materiale på forhånd for at finde en passende måleopsætning samt passende prøvegeometrier.
DMA-beregneren er et fleksibelt og unikt værktøj til hurtig beregning af alle relevante DMA-måleværdier, som både giver en bedre fortolkning af resultaterne og hjælper med at finde den bedste måleopsætning til det pågældende materiale.
