Analisis Dinamis-Mekanis Polikarbonat - Prosedur Uji yang Paling Memadai untuk Termoplastik Menggunakan DMA Gaya Tinggi Eplexor^® 500 N

Bahan Polikarbonat

Polikarbonat adalah bahan termoplastik dan - jika tidak diperkuat oleh partikel atau serat - sangat melunak pada suhu yang lebih tinggi. Untuk menentukan ketergantungan suhu dari sifat mekanik atau suhu Suhu Transisi KacaTransisi gelas adalah salah satu sifat terpenting dari bahan amorf dan semi-kristal, misalnya, gelas anorganik, logam amorf, polimer, obat-obatan dan bahan makanan, dll., dan menggambarkan wilayah suhu di mana sifat mekanis bahan berubah dari keras dan rapuh menjadi lebih lunak, dapat diubah bentuknya atau kenyal.transisi kaca, diperlukan geometri pengujian tertentu dan kondisi pengujian khusus.

Eksperimental

Sebuah Eplexor^® 500 N (gambar 1) yang dilengkapi dengan sensor gaya 500 N dan ruang termal (-160°C hingga 500°C) digunakan untuk investigasi polikarbonat (PC putih).

pembengkokan 3 Titik

Untuk banyak aplikasi, uji pembengkokan 3 titik umumnya digunakan. Karena PC mulai melunak sangat "dini", yaitu, sudah beberapa derajat di bawah suhu kaca (_Tg), sampel PC cenderung melorot ke bawah akibat beratnya sendiri dan menyentuh bagian bawah sebelum suhu kaca tercapai (gambar 2). Ini bahkan mengadopsi kontur dudukan pembengkokan 3 titik (di sini: bentang 30 mm)! Efek ini menyertai semua penahan tekukan, terlepas dari bentangnya. Sampel PC yang mengalami uji tekukan mengalami deformasi yang kompleks (peregangan-geser-lentur secara simultan) dalam sapuan suhu. Tergantung pada bahannya, deformasi mungkin sudah dimulai pada suhu 10 hingga 30 ° C di bawah suhu kaca. Proses deformasi yang dialami sampel dalam uji tekuk berbeda untuk semua suhu dengan yang terjadi pada uji tarik. Oleh karena itu, dalam uji tekuk, disipasi energi akan lebih tinggi daripada uji tarik karena lebih banyak proses pembuangan energi yang terjadi. Temuan ini membenarkan ekspektasi bahwa dalam mode lentur, nilai tanδ yang lebih tinggi terjadi dibandingkan dengan uji tarik meskipun bahan uji sama.

Uji Tarik

Alternatif yang lebih baik untuk analisis dinamis-mekanis PC adalah uji tarik. Semua uji tarik harus memenuhi persyaratan berikut:

1. Mengatasi kecenderungan kontraksi sampel yang melekat pada suhu yang lebih tinggi
2. Memastikan planaritas sampel (= mencegah tekuk)

Uji tarik PC yang dikonfigurasi dengan tepat meminimalkan pengaruh gravitasi pada bentuk sampel. Uji tarik konvensional menerapkan beban statis yang lebih besar daripada beban dinamis. Hal ini untuk menghindari terjadinya beban bolak-balik selama siklus pengujian dan dengan demikian mencegah tekuk sampel. Jika seseorang dapat menerapkan langkah-langkah tertentu untuk meniadakan kemungkinan tekuk, maka tidak perlu mengikuti aturan ini! Dalam hal ini, baik beban statis maupun beban dinamis dapat dipilih secara bebas untuk menyesuaikan dengan kebutuhan percobaan. Memang, tekuk tidak terjadi apabila sampel pendek (dengan panjang pengukur beberapa milimeter) dan small deformasi (pada skala mikrometrik) digunakan dalam uji tarik. Konfigurasi tersebut diterapkan ketika sapuan suhu dilakukan pada PC.

Kondisi Pengujian

Sampel PC yang digunakan untuk uji tarik memiliki lebar 9,5 mm, tebal 3 mm dan panjang 30 mm. Hasil panjang pengukur sekitar 10 mm dan terbukti cocok untuk beban dinamis yang dikendalikan SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan. Amplitudo gaya statis yang rendah (gaya kontak) menjaga sampel PC tetap lurus setiap saat selama pengujian ketika tidak ada titik data yang diperoleh. Sebagai perbandingan, uji tekuk 3 titik (SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan statis 3%, SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan dinamis 1%, gaya kontak 1 N ± 0,5 N, bentang 30 mm) juga dilakukan.

Gambar 3 menunjukkan pengaruh signifikan dari gaya tegangan pada bentuk sampel dalam 3 contoh. Gaya ini harus mencegah kontraksi dan tidak memanjangkan sampel PC secara signifikan. Jelaslah bahwa level gaya kontak 0,5 N (gambar 3, kiri dan gambar 3, tengah) dan 0,75 N tidak mencukupi. Level gaya kontak 1 N (gambar 3, kanan) yang menjaga sampel tetap lurus dan tidak memanjangkannya secara berlebihan.

Sebenarnya, penyusutan batasan gaya yang diperlukan tergantung pada bahan dan luas penampang sampel!

Deformasi statis sebesar 50 μm (SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan statis 0,5%) dan deformasi dinamis sebesar 10 μm (SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan dinamis 0,1%) dapat dideteksi dengan baik dan tidak akan menyebabkan tekukan pada uji tegangan. Mode kontrol regangan yang dipilih menjaga amplitudo deformasi tetap konstan pada semua suhu dengan memvariasikan tingkat gaya statis dan dinamis yang sesuai dengan perubahan suhu (2 ° C/menit, frekuensi: 10 Hz).

Hasil Pengukuran

Ketergantungan suhu dari Modulus elastisitasModulus kompleks (komponen elastis), modulus penyimpanan, atau G', adalah bagian "nyata" dari sampel dari keseluruhan modulus kompleks. Komponen elastis ini menunjukkan respons seperti padat, atau dalam fase, dari sampel yang sedang diukur. modulus elastisitas |E*| dan tanδ ditunjukkan pada gambar 4 untuk uji tarik dan uji tekuk 3 titik.

Modulus elastisitasModulus kompleks (komponen elastis), modulus penyimpanan, atau G', adalah bagian "nyata" dari sampel dari keseluruhan modulus kompleks. Komponen elastis ini menunjukkan respons seperti padat, atau dalam fase, dari sampel yang sedang diukur. Modulus elastisitas |E*| pada suhu rendah menunjukkan nilai sekitar 2300 MPa pada kedua kasus. Maksimum kurva tanδ terletak di sekitar 166,5 ° C (_Tg). Pada suhu di bawah 25°C, modulus yang ditampilkan berbeda secara signifikan. Redaman _tanδbending lebih tinggi karena lebih banyak proses deformasi yang berbeda yang aktif dibandingkan dengan uji tegangan. Modulus tekuk |E*| kurang berarti karena dimensi awal sampel digunakan untuk perhitungannya tetapi bentuk aktualnya berbeda jauh dari itu.

Pada tegangan, luas penampang sampel berkurang secara bertahap pada suhu tinggi karena perpanjangan sampel. Dengan asumsi volume sampel konstan saat dibebani regangan, luas penampang yang sebenarnya (= terkoreksi) dapat ditentukan jika pemanjangan yang sebenarnya diukur. Modulus yang dihasilkan |E*| mengacu pada luas penampang yang dikoreksi.

Kesimpulan

Uji tarik menawarkan kondisi pengujian yang lebih baik untuk analisis dinamis-mekanis bahan termoplastik yang - jika tidak diperkuat - melunak secara signifikan pada suhu 20°C atau 30°C di bawah _Tg. Bentuk sampel dipertahankan pada seluruh rentang suhu jauh lebih baik dalam uji tarik daripada uji tekuk. Asumsi geometris yang dibuat untuk perhitungan sifat mekanik dinamis dipenuhi lebih dekat dalam geometri uji tarik - alasan penting untuk mendukung uji tarik dalam praktik eksperimental.