24.01.2023 by Rüdiger Sehling
Uusia mahdollisuuksia NETZSCH DMA-laskurilla
Näytteen geometrian vaikutuksesta kimmomoduuliin taivutustilanteessa-Uusia mahdollisuuksia NETZSCH DMA-laskurilla
Dynaaminen mekaaninen analyysi (lyhenne: DMA) on menetelmä, jolla saadaan tietoa materiaalin kimmoisasta ja viskoosisesta käyttäytymisestä lämpötilan, ajan ja kuormitustaajuuden funktiona.
Taivutusasetus on DMA-järjestelmien yleisin mittaustyyppi. Tässä asetelmassa voidaan mitata erittäin jäykkiä ja kovia näytteitä (esim. metallit, kuituvahvisteiset ja hyvin täytetyt kestomuovit) sekä kestomuoveja. Esimerkiksi 3-pistetaivutustilassa näyte asetetaan oikealle ja vasemmalle tuelle vapaaseen asentoon ilman kiinnitystä. Työntötanko aiheuttaa värähtelevän kuormituksen ylhäältä päin. Tämän asetelman avulla moduuliarvot voidaan mitata erittäin tarkasti.
Yleisesti ottaen on tärkeää, että näytteen geometria on tarkasti määritelty, koska jopa small toleranssit aiheuttavat merkittäviä eroja moduuliarvoissa, erityisesti ohuiden näytteiden osalta. Taivutustilassa (3-pistetaivutus ja kaksois- tai yksittäinen konsoli) näytteen paksuus otetaan mukaan moduulin laskennassa3. potenssiin asti. Tämä tarkoittaa, että tasopinnat ovat erittäin tärkeitä luotettavien moduuliarvojen mittaamiseksi. Jos näin ei ole, moduulien erot johtuvat vain hieman erilaisista näytegeometrioista. Varsinkin ohuiden näyteliuskojen kohdalla paksuuserot voidaan hyvin usein mitata. Kuvassa 2 on esimerkki PTFE-kaistaleesta, jonka paksuus vaihtelee 1,06 mm:stä 1,3 mm:iin.
Kuvassa 3 on esitetty PFTE-liuskan DMA-mittaustulokset lämpötila-alueella -70 °C-100 °C. Eri näytegeometrioiden vaikutuksen osoittamiseksi1. testissä (musta käyrä) näytteen paksuudeksi annettiin 1,3 mm ja2. testissä 1,06 mm. Kun näitä kahta mittausta verrataan toisiinsa, voidaan havaita, että mitatut moduuliarvot poikkeavat toisistaan huomattavasti koko lämpötila-alueella (noin 84 %, arvioituna esimerkiksi -20 °C:ssa).
DMA-laskuri näyttää tulokset nopeasti
Tämä näytteen paksuuden vaikutus voidaan myös helposti osoittaa DMA-laskurilla (sisältyy osoitteeseen NETZSCH ) Proteus® ohjelmistossa), jonka avulla voidaan laskea moduuli-, muodonmuutos- ja voima-arvot. Moduuliarvojen laskemista varten on yleensä tarpeen tietää dynaamisen voiman ja dynaamisen amplitudin arvo. Näistä kahdesta arvosta lasketaan materiaalin jäykkyys, joka kerrotaan geometrisella kertoimella moduulin laskemiseksi. Dynaamisen voiman ja dynaamisen amplitudin arvot voidaan helposti arvioida kaavalla Proteus® ohjelmistossa. Kuvassa 4 esitetään lisäksi dynaamisen voiman IFsI ja dynaamisen amplitudin IAsI signaalit mitatulle PTFE-näytteelle. Voidaan nähdä, että dynaamisen voiman ja dynaamisen amplitudin arvot ovat lähes samat kahdessa mittauksessa (musta ja ruskea), mikä osoittaa myös NETZSCH DMA:n hyvän toistettavuuden. Tämä tarkoittaa, että mitattu moduuliarvo riippuu ainoastaan syötetystä geometriasta. Näitä dynaamisen voiman IFsI ja dynaamisen amplitudin IAsI arvioituja arvoja voidaan nyt käyttää DMA-laskuria varten, jotta voidaan tarkistaa syötettyjen näytegeometrioiden hieman erilaisten arvojen vaikutus.
DMA-laskuri - Miten tätä työkalua käytetään tarkistamaan eri näytteen paksuuksien vaikutus laskettuun moduuliin, esimerkkinä PTFE:
Näytteen määritelty paksuus: 1,3 mm
Samassa näytteessä vain näytteen paksuus muutettiin 1,3 mm: stä 1,06 mm: iin, jotta nähtiin, mikä vaikutus sillä on:
DMA-laskin - paljon etuja
DMA-laskurin avulla voidaan nopeasti havainnollistaa, että näytteen paksuuserot aiheuttavat merkittäviä eroja moduuliarvossa (tässä 1493 MPa - 2754 MPa -> noin 84 % poikkeama -20 °C:ssa). Tämä esimerkki osoittaa jälleen kerran, että erot mitatussa moduulissa E' voivat johtua hieman erilaisista määritetyistä näytteen paksuuksista, vaikka näytemateriaali on sama. Tämän vaikutuksen arvioimiseksi ja osoittamiseksi voidaan yksinkertaisesti käyttää DMA-laskuria. Näin ollen ei ole enää tarpeen suorittaa useita DMA-mittauksia tämän vaikutuksen osoittamiseksi. Kuten esimerkissä näkyy, moduuliarvon toleranssialue voidaan nyt helposti arvioida jokaiselle yksittäiselle mittaukselle.
Toinen etu on, että DMA-laskuria voidaan käyttää mihin tahansa DMA-mittaustyyppiin: 3-pistetaivutus, yksittäinen/kaksoiskannattaja, veto, puristus, tunkeuma tai leikkaus. Lisäksi DMA-laskurilla on mahdollista laskea voimat ja amplitudit tietylle materiaalille etukäteen, jotta voidaan löytää sopiva mittausjärjestely ja sopiva näytegeometria.
DMA-laskuri on joustava ja ainutlaatuinen työkalu kaikkien asiaankuuluvien DMA-mittausarvojen nopeaan laskentaan, joka auttaa sekä tulosten parempaan tulkintaan että parhaan mittausasetelman löytämiseen kyseiselle materiaalille.
