Η σωστή επιλογή - Σύγκριση των τρόπων μέτρησης της τάσης, της κάμψης και του διπλού προβόλου στο DMA χρησιμοποιώντας το PE ως παράδειγμα

Εισαγωγή

Στην DMA χρησιμοποιούνται διαφορετικοί τύποι φορτίου. Το δείγμα φορτίζεται σε εφελκυσμό, συμπίεση, κάμψη ή διάτμηση. Συχνά, το φορτίο που εφαρμόζεται καθορίζεται από τη μελλοντική εφαρμογή, αλλά μερικές φορές, ο τύπος φορτίου μπορεί να είναι ελεύθερος select. Σε κάθε περίπτωση, τίθεται το ερώτημα σε ποιο βαθμό τα αποτελέσματα είναι συγκρίσιμα. Σε αυτό το σημείωμα εφαρμογής συγκρίνονται οι τρόποι φόρτισης που είναι ιδιαίτερα σχετικοί με τις εφαρμογές πολυμερών - εφελκυσμός, ελεύθερη κάμψη (κάμψη 3 σημείων) και σφικτή κάμψη (διπλός βραχίονας).

Συγκριτική μέτρηση της PE-HD

Ως παράδειγμα, ένα ημικρυσταλλικό θερμοπλαστικό, το PE-HD, διερευνήθηκε σε ένα DMA GABO Eplexor^® 500 N (σχήμα 1). Επρόκειτο για ένα ομοιογενές υλικό φύλλου που χωρίστηκε σε διαστατικά ακριβή δείγματα με διαστάσεις 55 x 5 x 2 mm με τη βοήθεια μιας φρέζας.

Προκειμένου να επιτευχθεί μέγιστο αποτέλεσμα μέτρησης, το δείγμα εφελκυσμού συσφίγγεται σε μήκος 35 mm. Στην κάμψη 3 σημείων, το πλάτος στήριξης είναι 30 mm select, καθώς πρόκειται για έναν καλό συμβιβασμό μεταξύ διαφόρων παραγόντων. Με ακόμη μεγαλύτερο πλάτος στήριξης smaller, οι ανεπιθύμητες επιδράσεις επαφής στα σημεία έδρασης παίζουν μεγαλύτερο ρόλο: Με πλάτος στήριξης larger, το δείγμα λυγίζει υπερβολικά στην περιοχή μαλάκυνσης, οπότε οι εφελκυστικές τάσεις υπερτίθενται όλο και περισσότερο και η μέτρηση δεν αποδίδει πλέον σημαντικά αποτελέσματα.

Με πανομοιότυπο υλικό και διαστάσεις, το δείγμα είναι πολύ πιο δύσκαμπτο σε εφελκυσμό από ό,τι σε κάμψη. Κατά συνέπεια, απαιτούνται περισσότερα από 50 N σε εφελκυσμό για να επιτευχθεί η δυναμική παραμόρφωση 0,1%. Στην κάμψη, ορίστηκε μια κάπως larger παραμόρφωση-στόχος 0,15%, προκειμένου να αυξηθούν τα αποτελέσματα της μέτρησης στην περιοχή της αποδυνάμωσης και επίσης να επιτευχθεί επαρκής συμπίεση στα στηρίγματα της ελεύθερης κάμψης. Στη σφικτή κάμψη (διπλός βραχίονας), ωστόσο, αρκούν 9 N για την επίτευξη της παραμόρφωσης-στόχου, ενώ στην ελεύθερη κάμψη αρκούν ακόμη και 5 N. Έτσι, οι δυναμικές παραμορφώσεις βρίσκονται πάντα στη γραμμική ελαστική περιοχή (το ISO 6721 ορίζει μια τυπική μέγιστη παραμόρφωση 0,2%). Για το στατικό φορτίο, χρησιμοποιείται σε όλες τις περιπτώσεις αναλογικός έλεγχος (FStat = PF * FDyn). Οι μετρήσεις πραγματοποιούνται στην περιοχή θερμοκρασιών από -150°C έως +150°C με ρυθμό θέρμανσης 2 K/min. Οι παράμετροι μέτρησης συνοψίζονται στον πίνακα 1.

Όπως φαίνεται στο σχήμα 2, το μέτρο ελαστικότητας Young σε σχέση με τη θερμοκρασία είναι largely ίδιο για τους διάφορους τρόπους φόρτισης- για ένα ομοιογενές υλικό, επομένως, δεν είναι απαραίτητο να γίνει διάκριση μεταξύ μιας μονάδας κάμψης και μιας μονάδας εφελκυσμού. Το μέτρο αποθήκευσης E* μετράται αρχικά κάπως χαμηλότερο σε εφελκυσμό στους -150°C από ό,τι σε κάμψη, αλλά στη συνέχεια, τα μέτρα αποθήκευσης σε εφελκυσμό και ελεύθερη κάμψη είναι largely πανομοιότυπα. Στην περιοχή μαλάκυνσης, το δείγμα παραμορφώνεται έντονα στις διατάξεις δειγματοληψίας κάμψης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι δυνατόν εδώ να μετρηθούν κάπως χαμηλότερα moduli σε κατάσταση εφελκυσμού.

Στη σφικτή κάμψη (διπλός ακροδέκτης), το μετρούμενο μέτρο αποθήκευσης είναι κάπως χαμηλότερο ξεκινώντας από τους -50°C περίπου. Αυτή η συμπεριφορά αντικατοπτρίζεται επίσης στο μέτρο απώλειας E": Ενώ οι τιμές σε εφελκυσμό και κάμψη είναι πολύ παρόμοιες, αυτές που μετρήθηκαν σε σφικτή κάμψη αποκλίνουν λίγο (πράσινη καμπύλη). Ο λόγος γι' αυτό θεωρείται ότι είναι ότι κατά τη διάρκεια της σύσφιξης εμφανίζεται ήδη μια σύνθετη κατάσταση τάσεων στο δείγμα και, σε αντίθεση με την κατάσταση σε εφελκυσμό, δεν είναι πλέον δυνατή η αντιστάθμιση της πρόσθετης γραμμικής διαστολής του δείγματος. Ειδικά κατά τη διάρκεια μιας σάρωσης θερμοκρασίας, δημιουργούνται επίσης πρόσθετες θερμικές τάσεις οι οποίες καταπονούν ακόμη περισσότερο το δείγμα.

Πίνακας 1: Χρησιμοποιούμενες παράμετροι μέτρησης και απαιτούμενη δύναμη

Γενικές πληροφορίες σχετικά με τη χρήση των τρόπων φόρτισης

Όταν ένα δείγμα κάμπτεται, η τάση που ασκείται μεταβάλλεται σε όλη τη διατομή. Στην περίπτωση που παρουσιάζεται στο σχήμα 3, μια θλιπτική τάση δρα στην επάνω πλευρά του δείγματος και μια εφελκυστική τάση στην κάτω πλευρά. Επιπλέον, η ροπή κάμψης αλλά και η τάση μεταβάλλονται κατά μήκος του μήκους του δείγματος. Αυτό σημαίνει ότι οι καθορισμένες τάσεις ή παραμορφώσεις κατά την κάμψη ισχύουν πάντα μόνο στις εξωτερικές ίνες και κατά μήκος στο κέντρο του δείγματος.

Εάν η συμπεριφορά του υλικού εξαρτάται από την παραμόρφωση, δεν έχει νόημα η μέτρηση σε κάμψη. Ως εκ τούτου, στο ISO 6721, ένας τρόπος μέτρησης με ομοιόμορφη κατάσταση τάσης - δηλαδή, εφελκυσμός, συμπίεση ή διάτμηση - συνιστάται επίσης γενικά για τα μη γραμμικά πολυμερή. Όσον αφορά τις διαστάσεις του δείγματος, το ISO 6721 επιβάλλει ορισμένους περιορισμούς οι οποίοι συνοψίζονται στον πίνακα 2.

Πίνακας 2: Επιτρεπόμενες γεωμετρίες δειγμάτων σύμφωνα με το ISO 6721

Αυτό γίνεται για να εξασφαλιστεί ότι η σύσφιξη ή η αποθήκευση ασκεί σχετικά μικρή επίδραση στα αποτελέσματα. Στην πράξη, συχνά εμφανίζονται σχετικά μεγάλες αποκλίσεις, ιδίως κατά την κάμψη με σύσφιξη για πιο δύσκαμπτα δοκίμια. Επομένως, συνιστάται να δοκιμάζονται μόνο σχετικά λεπτά ή μαλακά δείγματα με τη βάση δειγμάτων διπλού προβόλου.

Συμπέρασμα

Τα πλαστικά μετρώνται κυρίως σε εφελκυσμό, ελεύθερη ή σφιγμένη κάμψη. Χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός ομοιογενούς δείγματος PE-HD, κατέστη δυνατό να αποδειχθεί ότι λαμβάνονται σχεδόν πανομοιότυπα αποτελέσματα σε εφελκυσμό και ελεύθερη κάμψη υπό ιδανικές συνθήκες, ενώ εμφανίζονται μικρές αποκλίσεις σε σφικτή κάμψη (διπλός βραχίονας).

Εάν ένα υλικό εξαρτάται καθόλου από το πλάτος, το δείγμα πρέπει να μετράται σε εφελκυσμό. Το DMA GABO Eplexor^® 500 N προσφέρει όλες τις δυνατότητες για το σκοπό αυτό.