Pendahuluan
Karena densitasnya yang rendah, busa memiliki berbagai macam aplikasi. Busa lunak digunakan, misalnya, sebagai bahan bantalan, untuk peredam akustik atau sebagai pelindung mainan. Busa kaku khususnya digunakan sebagai bahan isolasi, pada sol sepatu, atau untuk aplikasi seperti mengisi lapisan pada struktur komposit. Ketika fokusnya adalah pada efek insulasi termal atau ketahanan material dalam berbagai kondisi lingkungan, busa sel tertutup biasanya digunakan. Busa lunak khususnya, di sisi lain, biasanya merupakan sel terbuka, memungkinkan gas keluar dari sel individu dan dengan demikian memungkinkan busa mengalami kompresi elastis yang lebih besar.
Umumnya, banyak polimer yang cocok sebagai bahan awal untuk busa. Busa berbasis polistiren atau poliuretan yang diperluas (PUR) sangat banyak digunakan. Tergantung pada pembuatannya, berbagai busa PUR dapat menunjukkan sifat yang sangat berbeda. KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. Kepadatan dan tingkat ikatan silang busa sangat bervariasi tergantung pada jumlah zat peniup (air), penambahan bahan tambahan lebih lanjut dan juga panjang rantai bahan awal, sehingga memungkinkan rentang yang luas dari busa yang lembut hingga yang sangat kaku.
Untuk penentuan sifat mekanik, pengujian dengan classic penguji tarik universal sudah mapan. Seiring dengan perilaku deformasi statis, redaman busa juga sering kali sangat penting untuk aplikasi. Di sini, DMA dapat memberikan kontribusi yang berharga dengan merekam seluruh perilaku visko-elastis busa. Dalam kontribusi ini, busa PUR yang lembut dan berpori terbuka diselidiki sebagai contoh.
Pengujian Statis
Selama pengujian statis (kuasi-statis) dengan High Force DMA GABO Eplexor® 500 N, beban yang bervariasi secara perlahan diterapkan seperti pada penguji universal dan gaya serta deformasi yang dihasilkan diukur. Menurut situasi pemasangan yang umum untuk busa, pengukuran biasanya dilakukan dalam mode kompresi.
Gambar 1 menunjukkan sampel yang tidak dibongkar di sebelah kiri dan sampel yang dikompresi di sebelah kanan, di Eplexor®. Dapat dilihat bahwa hanya SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan melintang yang relatif small terjadi dan dapat diasumsikan di sini bahan yang sepenuhnya dapat dimampatkan sebagai perkiraan awal.
Pertama, kurva tegangan-regangan statis dicatat. Untuk mengecualikan efek satu kali, sampel busa biasanya dimuat dan dibongkar dua kali, di mana hanya siklus pemuatan kedua yang ditunjukkan pada gambar 2.
Ini menunjukkan kurva tegangan-regangan tripartit, tipikal untuk busa elastis-lunak; misalnya, bandingkan dengan (Keller, 2019). Di bawah SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan yang relatif small, sel-sel hanya sedikit berubah bentuk dan material berperilaku dengan cara yang kira-kira linier-elastis. Dengan meningkatnya SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan, sel-sel busa sel terbuka runtuh. Karena udara harus keluar dari sel dalam proses ini, hasilnya adalah fungsi dari tingkat deformasi. Di wilayah dataran tinggi ini, tegangan yang diperlukan untuk deformasi hanya meningkat secara perlahan. Pada tingkat SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan yang sangat tinggi (di sini dimulai dari sekitar 50%), sel-sel yang telah runtuh kemudian dikompresi lebih lanjut dan tegangan meningkat lagi dengan lebih tajam. Selama pembongkaran berikutnya, tekanan yang diperlukan hanya sedikit lebih rendah karena disipasi energi yang terjadi sementara itu, dan terjadi histeresis yang khas.
Menurut ISO 3386, kekerasan kompresi ditentukan sebagai tegangan yang diperlukan di bawah SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan yang meningkat sebesar 40%; di sini, kekerasan kompresi sebesar σd 40 = 0,12 MPa. Area histeresis memungkinkan estimasi kasar dari redaman material. Kapasitas redaman busa PUR sangat bervariasi.
Gambar 3 menunjukkan kurva histeresis yang berbeda secara skematis. Menurut perilaku redamannya, busa PUR dapat diklasifikasikan ke dalam redaman medium (tipe A), redaman kuat (tipe B) atau redaman lemah (tipe C). Oleh karena itu, sampel yang diteliti dapat dikategorikan sebagai tipe C.
Sebagai alternatif dari pembebanan permukaan penuh yang digunakan di sini, uji penetrasi sering dilakukan pada busa. Dalam hal ini, benda yang lebih kecil ditekan ke dalam sampel, bukan batang atas. Gaya yang diperlukan untuk ini disebut kekerasan lekukan.
Pengujian Dinamis
Dalam sapuan statis DMA, beban statis diterapkan pada setiap langkah dan kemudian percobaan osilasi dinamis dilakukan dalam kondisi ini. Dengan cara ini, modulus Young dapat diukur secara langsung pada titik ini dan dengan demikian, redaman juga dapat ditentukan secara lokal.
Sampel busa sekali lagi diregangkan secara statis dalam beberapa langkah hingga 70%. Pada gambar 4, perilaku yang sama dapat dilihat seperti pada pengujian statis: Untuk regangan small, sampel berperilaku kira-kira linier, tetapi kemudian mengembangkan karakteristik pegas degresif dengan meningkatnya regangan. Kompresi akhir kemudian ditandai dengan kekakuan pegas yang meningkat dengan regangan statis dan oleh karena itu dapat dikarakteristikkan sebagai kekakuan pegas progresif.
Dengan menggunakan DMA, modulus Young dapat diukur pada setiap titik karena osilasi dinamis. Seperti yang diharapkan, modulus awalnya turun di wilayah regangan small, kemudian relatif konstan dan akhirnya meningkat lagi dengan meningkatnya kompresi. Modulus yang diukur dengan menggunakan DMA berperilaku persis sama dengan modulus tangen setelah evaluasi uji statis.
Dengan peralatan pengujian mekanis, modulus Young suatu sampel tidak diukur secara langsung, tetapi kekakuan ditentukan terlebih dahulu berdasarkan gaya dan deformasi yang terukur. Bergantung pada geometri sampel dan model material, modulus Young kemudian dihitung. Karena busa berperilaku sebagian besar dapat dimampatkan, luas penampang tidak banyak berubah selama deformasi. Dengan demikian, tegangan yang bekerja pada sampel dapat dihitung; ini selalu dinyatakan sebagai:
σ = F/A0
Di sini, F adalah gaya dan A0 adalah penampang awal nominal.
Karena panjang sampel berubah secara signifikan, regangan dinamis harus selalu dikaitkan dengan panjang sampel saat ini, yaitu
ε = ΔL/Lm
dengan deformasi ΔL dan panjang sampel saat ini Lm. Hal ini menghasilkan faktor geometri untuk perhitungan modulus sebagai Lm / A0.
Faktor ini umumnya berlaku untuk material yang dapat dimampatkan dan dapat dipilih secara langsung dalam perangkat lunak Eplexor®.
Dalam pengujian statis, dimungkinkan untuk mengkarakterisasi perilaku redaman busa berdasarkan histeresis seluruh deformasi. DMA memungkinkan karakterisasi yang lebih akurat karena redaman lokal dapat ditentukan untuk setiap beban statis. Menjadi jelas bahwa busa hanya memiliki kapasitas redaman yang rendah pada kisaran deformasi small. Peredaman (di sini tan δ) tetap relatif konstan di daerah dataran tinggi dan kemudian meningkat lagi di daerah kompresi. Dengan demikian, DMA memungkinkan penentuan kapasitas redaman yang tepat dalam keadaan berbeban.
Perilaku material non-linear benar-benar analog ketika meningkatkan amplitudo osilasi GetaranProses mekanis osilasi disebut getaran. Getaran adalah fenomena mekanis di mana osilasi terjadi di sekitar titik keseimbangan. Dalam banyak kasus, getaran tidak diinginkan, membuang energi dan menciptakan suara yang tidak diinginkan. Sebagai contoh, gerakan getaran mesin, motor listrik, atau perangkat mekanis apa pun yang sedang beroperasi biasanya tidak diinginkan. Getaran tersebut dapat disebabkan oleh ketidakseimbangan pada bagian yang berputar, gesekan yang tidak rata, atau penyambungan gigi roda gigi. Desain yang cermat biasanya meminimalkan getaran yang tidak diinginkan.getaran dinamis. Gambar 5 menunjukkan histeresis yang sesuai dari siklus osilasi dinamis (dengan amplitudo regangan dinamis 10%) pada tingkat regangan statis yang berbeda. Modulus Young dihasilkan lagi dari kemiringan dalam diagram tegangan-regangan. Dapat dilihat bahwa kekakuan awalnya menurun pada kisaran small regangan statis (kekakuan degresif) dan kemudian meningkat lagi pada regangan large (kekakuan progresif). Pada amplitudo dinamis large, perilaku ini juga terlihat pada deformasi histeresis. Peningkatan redaman dengan preload statis juga dapat dilihat pada daerah large histeresis.
Perilaku Suhu
Bersamaan dengan pengukuran perilaku material non-linier mekanis, DMA GABO Eplexor® secara khusus juga memungkinkan dilakukannya analisis termomekanis. Dengan demikian, analisis yang dilakukan sebelumnya juga dapat dilakukan pada suhu tinggi atau suhu di bawah titik beku. Karakterisasi termal sebagian besar dilakukan dalam rentang linier amplitudo small. Karena efek isolasi yang kuat dari busa, laju pemanasan yang rendah sebesar 2 K/menit dipilih.
Seiring dengan perilaku suhu langsung, sifat material pada frekuensi yang tidak dapat diakses secara langsung dengan pengukuran sering kali menarik. Hal ini berlaku, misalnya, untuk menggunakan busa untuk peredaman akustik. Di sini, metode superposisi waktu-suhu dapat digunakan untuk menghasilkan kurva master. Hal ini juga memungkinkan untuk menarik kesimpulan tentang perilaku material pada frekuensi yang jauh lebih tinggi.
Ringkasan
DMA GABO Eplexor® 500 N menawarkan cadangan gaya yang cukup untuk mengukur busa dalam ukuran yang berarti sehingga perilaku mekanis yang tidak linier dan bergantung pada waktu dapat dikarakterisasi. Selain informasi yang dihasilkan oleh diagram tegangan-regangan, DMA juga dapat digunakan untuk menentukan kekakuan dan redaman dalam keadaan terkompresi. Selain itu, dengan DMA, perilaku temperatur dan, melalui teknik kurva master, juga modulus Young pada frekuensi tinggi dapat ditentukan hanya dengan satu instrumen. Hal ini memungkinkan karakterisasi busa untuk berbagai skenario aplikasi.