Pendahuluan
Kaca sebagai bahan yang ada di mana-mana dalam kehidupan kita sehari-hari. Baik itu sebagai panel jendela, gelas baca, gelas anggur atau dalam komponen elektronik ponsel kita - area aplikasi untuk kaca sangat beragam dan serbaguna. Pada dasarnya, kaca adalah padatan amorf yang tidak memiliki tatanan struktur jarak jauh atom. Gelas yang paling banyak digunakan terutama terdiri dari senyawa oksida anorganik seperti silikon dioksida (SiO2) dan natrium oksida (Na2O) serta campuran lainnya [1]. Rasio pencampuran - atau kemurnian komponen - menentukan sifat dan dengan demikian rentang aplikasinya.
Kaca silikat murni, juga disebut silika leburan, adalah jenis kaca khusus yang terdiri dari silikon oksida yang sangat murni dan tidak mengandung pengotor yang signifikan. Dibandingkan dengan kaca anorganik lainnya, kaca ini memiliki ketahanan suhu tinggi, ekspansi termal yang rendah, ketahanan kimiawi dan biokompatibilitas serta transparansi optik yang tinggi - mulai dari ultraviolet hingga inframerah [2]. Bahan ini dapat digunakan di berbagai bidang, termasuk sebagai kacamata penglihatan di lingkungan bersuhu tinggi, berfungsi sebagai lensa pada sistem laser, mendukung prosedur implantologi, dan digunakan dalam instrumen analitik seperti dilatometer.
Pengukuran Sifat Termomekanis dariKacamata dengan Menggunakan DMA
Analisis dinamis-mekanis (disingkat DMA) adalah metode eksperimental untuk menyelidiki sifat viskoelastik material. Metode ini melibatkan analisis respons material terhadap beban mekanis berkala untuk menentukan sifat seperti elastisitas, viskositas, dan redaman. DMA 303 Eplexor® adalah instrumen desktop mekanis-dinamis yang memungkinkan tingkat gaya total hingga 50 N. Sistem ini memiliki kisaran suhu -170°C hingga 800°C, yang unik untuk instrumen bench-top. Berdasarkan sifat-sifat ini, baik material dalam kisaran suhu rendah, seperti polimer, dan material yang sangat kaku, seperti baja, keramik, atau gelas, dapat dikarakterisasi hingga suhu 800°C.
Hasil Pengukuran
Gambar 1 membandingkan pengukuran DMA pada kaca apung konvensional (kurva biru), seperti yang digunakan pada jendela rumah, dengan pengukuran DMA pada silika leburan murni (kurva merah) dari suhu 100°C hingga 800°C. Pengukuran dilakukan pada pembengkokan 3 titik dengan panjang pembengkokan bebas 20 mm dan frekuensi 1 Hz. Sampel kubik memiliki ketebalan 1 mm dan lebar 10 mm dengan kontur luar sampel yang telah dihaluskan.
Baik kaca silika leburan maupun kaca silikat murni memiliki modulus penyimpanan, E', hanya di bawah 70 GPa pada suhu 100°C. Modulus penyimpanan, E', menggambarkan sifat elastis material; secara sederhana, kekakuannya.
Dengan meningkatnya suhu, modulus penyimpanan kaca silika leburan sedikit menurun dan mencapai nilai sekitar 60 GPa pada suhu 500°C. Pada 566 ° C (onset ekstrapolasi), penurunan yang kuat dalam modulus penyimpanan, E', terjadi seiring dengan peningkatan yang signifikan dalam tan δ. Tan δ mewakili sifat redaman material atau disipasi energinya.
Ini adalah karakteristik transisi gelas (Tg) untuk padatan amorf. Pada suhu di bawah Tg, bahan sebagian besar padat dan mungkin rapuh. Dalam transisi gelas, energi kinetik dari atom-atom yang tidak terstruktur menjadi cukup tinggi untuk mengatasi ikatan antara. Pada titik ini, kaca menjadi lebih lembut dan dapat dibentuk. Karena alasan ini, pengukuran tidak dilanjutkan setelah mencapai titik ini, untuk menghindari melelehnya kaca pada tempat sampel.
Sebaliknya, kaca silikat murni, seperti yang ditunjukkan pada gambar 1, menunjukkan perilaku yang agak tidak lazim untuk benda padat. Dalam kisaran Model BurgerModel Burgers adalah model umum dari bahan viskoelastik, yang biasa digunakan untuk menggambarkan classic pengukuran pemulihan mulur. suhu yang diamati, pelunakan material tidak terjadi. Sebaliknya, modulus penyimpanan, E', sedikit meningkat dengan naiknya suhu. Babcock dkk. [3] mengasumsikan ko-eksistensi dua struktur orde jarak pendek atomik yang memiliki kekuatan dan KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan ikatan yang berbeda. Dengan meningkatnya suhu, struktur dengan kekuatan ikatan atom yang lebih tinggi semakin terbentuk dan material menjadi lebih kaku.
Contoh tersebut menunjukkan penggunaan kaca silikat murni untuk aplikasi suhu tinggi. Meskipun kaca silikat murni juga dapat digunakan untuk suhu di atas 600°C, kaca silika leburan konvensional tidak lagi menjamin stabilitas struktural. Selain itu, contoh ini mengilustrasikan perilaku yang berbeda yang dapat ditunjukkan oleh bahan yang sangat mirip baik secara visual maupun kimiawi, dan bagaimana analisis dinamis-mekanis dapat membantu menyelidiki hal ini.
Ringkasan
Analisis dinamis-mekanis adalah metode yang biasanya digunakan untuk menentukan transisi gelas polimer amorf dan semi-kristal. DMA 303 Eplexor® memungkinkan bahan dianalisis hingga 800°C - kisaran suhu yang tak tertandingi di antara instrumen bench-top. Hal ini memungkinkan bahkan bahan yang digunakan dalam medium- hingga kisaran suhu tinggi, seperti logam, keramik atau gelas, untuk dikarakterisasi dan dievaluasi untuk aplikasinya.