Πώς το νερό επηρεάζει τις μηχανικές ιδιότητες των πολυμερών

Πρώτον, ας αντιμετωπίσουμε το ερώτημα γιατί το νερό αποτελεί πρόβλημα για ένα εξάρτημα από θερμοπλαστικά. Τα εγχειρίδια περιγράφουν ότι η πρόσληψη νερού για ορισμένους τύπους πολυαμιδίου (PA) είναι πραγματικά υψηλή τόσο σε σχετική υγρασία 50% όσο και σε νερό. Αυτό από μόνο του δεν θα αποτελούσε πρόβλημα, αλλά η πρόσληψη νερού οδηγεί σε πολύ διαφορετικές ιδιότητες των υλικών. Για παράδειγμα, το μέτρο ελαστικότητας του πολυαμιδίου (PA) μειώνεται έως και 66% σε υγρή ατμόσφαιρα. Συνεπώς, η γνώση της απώλειας της ακαμψίας ενός θερμοπλαστικού υλικού είναι απαραίτητη για την κατασκευή πολυμερών εξαρτημάτων. Πώς μπορεί να βοηθήσει η δυναμική μηχανική ανάλυση (DMA) σε αυτό το ζήτημα

DMA στη θεωρία

Σε αυτή τη μέθοδο, μια ημιτονοειδής δύναμη (τάση) εφαρμόζεται στο δείγμα ως είσοδος. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια ημιτονοειδή παραμόρφωση (strain) ως έξοδο. Από τις δύο παραμέτρους μπορεί να υπολογιστεί το μέτρο ελαστικότητας, το οποίο αναφέρεται στη δυσκαμψία του υλικού. Μπορούμε όμως να μάθουμε ακόμη περισσότερα για το υλικό μέσω μιας μέτρησης DMA! Ας πάρουμε το παράδειγμα ενός ανθρώπου που έχει μια μπάλα στο χέρι του. Του πέφτει η μπάλα στο πάτωμα, αλλά η μπάλα δεν επανέρχεται στο αρχικό ύψος του χεριού του άνδρα. Αυτό δείχνει ότι το υλικό ασκεί διαφορετικές συμπεριφορές. Η αποθηκευμένη ενέργεια που παραμένει στη μπάλα για να επανέλθει από το έδαφος σχετίζεται με το μέτρο αποθήκευσης Ε´. Το ύψος που λείπει και που η μπάλα δεν πηδάει προς τα πάνω σχετίζεται με την ενέργεια που διαχέεται και σχετίζεται με το μέτρο απώλειας (Ε"). Στο τέλος, παίρνουμε επίσης πληροφορίες για τη συμπεριφορά απόσβεσης του υλικού.

Στα παραδείγματα που ακολουθούν, αναφέρεται κυρίως το μέτρο αποθήκευσης, επειδή αυτή η παράμετρος σχετίζεται στενότερα με τη δυσκαμψία του υλικού και συνεπώς είναι η πιο σημαντική στην κατασκευή ενός πολυμερούς εξαρτήματος.

Παράδειγμα 1: Πολυαμίδιο 6 σε υγρή ατμόσφαιρα

Η μέτρηση πραγματοποιήθηκε με ένα DMA 242 E Artemis σε συνδυασμό με μια γεννήτρια υγρασίας.στον κλίβανο εφαρμόζεται σχετική υγρασία, η οποία επιτρέπει τη μέτρηση των δυναμικών μηχανικών ιδιοτήτων ενός υλικού υπό συνθήκες υγρασίας. Ένα δείγμα PA 6 μετρήθηκε σε συχνότητα 1 Hz και θερμοκρασία 40°C σε λειτουργία τάσης. Η σχετική υγρασία αυξήθηκε σταδιακά από 0% έως 75% με την πάροδο του χρόνου. Η δυσκαμψία (που περιγράφεται από το μέτρο αποθήκευσης E') του υλικού μετρήθηκε σε αυτά τα βήματα σχετικής υγρασίας. Είναι σαφώς ορατό ότι η δυσκαμψία του υλικού μειώνεται με την αύξηση της σχετικής υγρασίας. Σε σχετική υγρασία 50%, το μέτρο αποθήκευσης μειώθηκε κατά περίπου 74%.

Παράδειγμα 2: Πολυουρεθάνη σε λουτρό εμβάπτισης

Για το παράδειγμα αυτό, το DMA 242 E Artemis ήταν εξοπλισμένο με λουτρό εμβάπτισης, το οποίο είναι ένα δοχείο από χάλυβα που μπορεί να εφαρμοστεί στον υποδοχέα του δείγματος. Εφαρμόζεται για όλους τους υποδοχείς δειγμάτων και τους τρόπους παραμόρφωσης του DMA 242 E Artemis. Η πολυουρεθάνη (PU) μετρήθηκε σε διάφορες συχνότητες, σε θερμοκρασία 25°C και σε κατάσταση έντασης. Στο σχήμα 3, γίνεται σαφώς ορατό σε ποιο σημείο προστέθηκε το νερό στο δοχείο. Υπάρχει μείωση του μέτρου αποθήκευσης κατά τη διάρκεια του χρόνου που το νερό ήταν σε επαφή με το υλικό. Η μείωση είναι σημαντική και ανέρχεται σε περίπου 17%.

Η επίδραση της υγρασίας ή των υγρών στα υλικά πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την κατασκευή πολυμερών εξαρτημάτων για διάφορες εφαρμογές. Εάν ένα εξάρτημα σχεδιαστεί με την αρχική ακαμψία του υλικού, το εξάρτημα είναι πιθανό να αστοχήσει στο περιβάλλον εφαρμογής του. Αυτό μπορεί να αποφευχθεί με τον έλεγχο των δυναμικών μηχανικών ιδιοτήτων σε συνθήκες χρήσης μέσω της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης. Μάθετε περισσότερα για την DMA 242 E Artemisεδώ. Το ξέρατε; Η πρόσληψη νερού οδηγεί συχνά σε αλλαγή των διαστάσεων ενός εξαρτήματος. Η TMA εξοπλισμένη με γεννήτρια υγρασίας μπορεί να βοηθήσει στην αξιολόγηση της αλλαγής του μήκους υπό υγρή ατμόσφαιρα. Ακολουθήστε μας στο LinkedIn για να μη χάσετε το άρθρο!