02.04.2020 by Milena Riedl
Hogyan befolyásolja a víz a polimerek mechanikai tulajdonságait?
Miért jelent problémát a víz egy hőre lágyuló műanyagból készült alkatrész esetében? A tankönyvek leírják, hogy egyes poliamid (PA) típusok vízfelvétele 50%-os relatív páratartalomban és vízben is nagyon magas. Ez önmagában még nem lenne probléma, de a vízfelvétel nagyon eltérő anyagtulajdonságokhoz vezet. Hogyan segíthet ebben a kérdésben a dinamikus mechanikai analízis (DMA)?
Először is foglalkozzunk azzal a kérdéssel, hogy miért jelent problémát a víz egy hőre lágyuló műanyagból készült alkatrész esetében. A tankönyvek leírják, hogy egyes poliamid (PA) típusok vízfelvétele 50%-os relatív páratartalomban és vízben is nagyon magas. Ez önmagában nem jelentene problémát, de a vízfelvétel nagyon eltérő anyagtulajdonságokhoz vezet. Például a poliamid (PA) modulusa akár 66%-kal is csökken nedves környezetben. Ezért a hőre lágyuló anyagok merevségveszteségének ismerete alapvető fontosságú a polimer alkatrészek gyártása során. Hogyan segíthet ebben a kérdésben a dinamikus mechanikai analízis (DMA)?
DMA elméletben
Ennél a módszernél bemenetként szinuszos erőt (feszültséget) alkalmaznak a mintára. Ez szinuszos deformációt (alakváltozás) eredményez kimenetként. Mindkét paraméterből kiszámítható a modulus, amely az anyag merevségére utal. De egy DMA méréssel még többet megtudhatunk az anyagról! Vegyünk egy példát egy emberről, akinek egy labda van a kezében. A labdát a földre ejti, de a labda nem tér vissza a férfi kezének eredeti magasságába. Ez jól szemlélteti, hogy az anyag különböző viselkedést fejt ki. A tárolt energia, amely a labdában marad, hogy a földről visszajöjjön, az E´ tárolási modulussal függ össze. A hiányzó magasság, amelyről a labda nem ugrik fel, a veszteségmodulhoz (E") tartozó disszipált energiához kapcsolódik. Végül információt kapunk az anyag csillapítási viselkedéséről is.
A következő példákban többnyire a tárolási modulusra hivatkozunk, mivel ez a paraméter áll a legszorosabb kapcsolatban az anyag merevségével, és így a legfontosabb egy polimer alkatrész felépítésében.
Példa 1: Poliamid 6 nedves légkörben
A mérést egy páragenerátorral kombinált DMA 242 E Artemis készülékkel végeztük.a kemencében relatív páratartalmat alkalmaznak, ami lehetővé teszi az anyag dinamikus mechanikai tulajdonságainak mérését páratartalom alatt. 1 Hz-es frekvencián és 40°C-os hőmérsékleten PA 6 mintát mértek feszültség üzemmódban. A relatív páratartalmat fokozatosan 0%-ról 75%-ra növeltük az idő múlásával. Az anyag merevségét (amelyet az E' tárolási modulus ír le) ezekben a relatív páratartalom lépésekben mértük. Jól látható, hogy az anyag merevsége a relatív páratartalom növekedésével csökken. Az 50%-os relatív páratartalomnál a tárolási modulus körülbelül 74%-kal csökkent.
Példa 2: Poliuretán merülőfürdőben
Ehhez a példához a DMA 242 E Artemis készüléket egy merülőfürdővel szerelték fel, amely egy acélból készült tartály, amely a mintatartóra helyezhető. Ez a DMA 242 E Artemis valamennyi mintatartójához és deformációs módjához alkalmazható. A poliuretánt (PU) több frekvencián, 25 °C-os hőmérsékleten és húzó üzemmódban mértük. A 3. ábrán jól látható, hogy a vizet melyik ponton adták a tartályba. A tárolási modulus csökkenése figyelhető meg az anyaggal való érintkezés során. A csökkenés jelentős, és körülbelül 17%-ot tesz ki.
A különböző alkalmazásokhoz használt polimer alkatrészek gyártásakor szem előtt kell tartani a nedvesség vagy folyadékok anyagokra gyakorolt hatását. Ha egy alkatrészt az anyag eredeti merevségével tervezünk, az alkatrész valószínűleg meghibásodik az alkalmazási környezetben. Ez elkerülhető a dinamikus mechanikai tulajdonságok üzemi körülmények közötti vizsgálatával, dinamikus mechanikai elemzéssel. Tudjon meg többet a DMA 242 E Artemisrőlitt. Tudta? A vízfelvétel gyakran vezet az alkatrész méreteinek megváltozásához. A páragenerátorral felszerelt TMA segíthet a hosszváltozás értékelésében nedves légkörben. Kövessen minket a LinkedIn-en, hogy ne maradjon le a cikkről!