19.01.2023 by Martin Rosenschon
Analisis Termal Juga Bisa Dinamis
Karakterisasi Sifat Material Visko-Elastis Menggunakan Analisis Dinamis-Mekanis
Dalam proses desain untuk suatu produk atau komponen, pengetahuan tentang sifat-sifat yang bergantung pada suhu dari bahan yang digunakan sangat penting. Ban musim dingin, misalnya, terdiri dari campuran karet yang secara khusus disesuaikan untuk suhu dingin. Hal ini memastikan cengkeraman yang optimal serta sifat abrasi dan karenanya aman untuk berkendara.
Analisis mekanis dinamis (disingkat: DMA) adalah metode yang memberikan informasi tentang perilaku elastis dan viskositas suatu bahan sebagai fungsi suhu dan frekuensi beban. Sampel uji dikenai beban berosilasi yang ditentukan dan deformasi yang dihasilkan diukur. Parameter modulus penyimpanan E', Modulus kentalModulus kompleks (komponen kental), modulus kehilangan, atau G'', adalah bagian "imajiner" dari sampel dari keseluruhan modulus kompleks. Komponen kental ini menunjukkan respons seperti cairan, atau di luar fase, dari sampel yang sedang diukur. modulus kehilangan E'' dan faktor redaman tan δ dapat ditentukan dari tegangan yang diberikan σ, SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan yang dihasilkan ε dan offsetnya δ (lihat gambar 1). Modulus penyimpanan E' mewakili perilaku elastis yang dapat dibalik (seperti pegas) dan Modulus kentalModulus kompleks (komponen kental), modulus kehilangan, atau G'', adalah bagian "imajiner" dari sampel dari keseluruhan modulus kompleks. Komponen kental ini menunjukkan respons seperti cairan, atau di luar fase, dari sampel yang sedang diukur. modulus kehilangan E' mewakili komponen viskos atau juga disipasi energi. Kombinasi dari kedua parameter tersebut tercermin dalam tan δ, yang menggambarkan sifat redaman.
Dengan menggunakan tempat sampel, aksesori, dan metode pengukuran yang berbeda, hampir semua bahan dapat diukur dengan DMA, dari media cair atau kental hingga elastomer lunak, dan dari plastik yang tidak terisi dan yang diperkuat serat hingga logam dan keramik.
Tergantung pada bahan, suhu dan beban, karakteristik sifat viskoelastik sangat bervariasi. Pada suhu kamar dan deformasi rendah, logam dan paduannya biasanya murni elastis, sedangkan polimer sebagian besar menunjukkan perilaku campuran antara viskositas dan elastisitas. Polimer juga memiliki apa yang disebut suhu transisi gelas. Pada suhu rendah, polimer relatif kaku dan rapuh: seperti namanya, seperti kaca. Dalam transisi gelas, rantai polimer amorf dapat bergerak ke arah satu sama lain dan bagian yang kental meningkat. Setelah itu, material berada dalam keadaan entropi-elastis dan - tergantung pada materialnya - relatif lunak. Berdasarkan perubahan langsung pada sifat mekanik, transisi kaca dapat diidentifikasi dengan jelas melalui analisis mekanik dinamis. Selain DMA, transisi juga dapat ditentukan dengan menggunakan kalorimetri pemindaian diferensial (disingkat: DSC) berdasarkan perubahan kapasitas panas yang dihasilkan.
Namun, DMA adalah metode yang jauh lebih sensitif dalam hal ini dan memungkinkan resolusi efek yang melibatkan sedikit atau tidak ada perubahan termal. Gambar 2 menunjukkan pengukuran sampel yang terbuat dari polytetrafluoroethylene (PTFE), yang juga dikenal dengan nama merek Teflon®, menggunakan DSC (merah, 10 K/menit) dan DMA (hitam, 1 Hz, 2 K/Menit). Contoh penggunaan PTFE yang paling terkenal adalah lapisan anti KetidakrapianKelengketan menggambarkan interaksi antara 2 lapisan bahan yang identik (autohesi) atau berbeda (kohesi) dalam hal kelengketan permukaan.lengket untuk panci, yang disebabkan oleh ketahanan termal dan kimia yang tinggi. Namun demikian, ini juga sering digunakan dalam aplikasi medis atau dalam sistem tribologi, seperti bantalan.
Tiga efek dapat dilihat dalam pengukuran DMA. Pada -123 ° C (onset E'), material menunjukkan transisi gelas dalam modulus penyimpanan E' (garis padat) yang disebabkan oleh daerah amorf. Antara 20 ° C dan 40 ° C, PTFE memiliki dua transformasi padat-padat yang berjarak dekat. Dalam pengukuran DMA - berdasarkan parameter pengujian - satu efek dapat dilihat pada suhu 29°C (onset E'). Pada kurva DSC (merah), kedua transformasi dapat diidentifikasi dengan suhu puncak sekitar 21°C dan 31°C. Selanjutnya, transisi gelas terjadi pada suhu 113°C (onset E') dalam kurva DMA. Meskipun transformasi padat-padat dapat digambarkan dengan jelas oleh DSC, suhu transisi gelas dalam kasus ini tidak dapat direkam dengan metode ini. Karena aliran panas yang rendah, ini hanya dapat diukur dengan menggunakan DMA. Karena transisi gelas berasal dari bagian amorf material, pengukurannya menggunakan kalorimetri pemindaian diferensial sering kali sulit dilakukan, terutama untuk material yang sangat kristalin, dan memerlukan penggunaan DMA.
Baik untuk material berkekuatan tinggi maupun lunak, beban tinggi maupun rendah, NETZSCH menawarkan sistem DMA yang tepat untuk aplikasi Anda - mulai dari perangkat di atas meja yang memberikan gaya dinamis dalam kisaran dua digit Newton hingga sistem berkekuatan tinggi dengan beban hingga 1,5 kN. Bergantung pada perangkat dan pengaturan, pengukuran dapat dilakukan dari -160°C hingga 1500°C dalam rentang frekuensi 0,0001 hingga 200 Hz.
Penerapan analisis mekanis dinamis dapat menjawab sejumlah pertanyaan large. Hasilnya memungkinkan bahan terbaik yang dapat dipilih untuk suhu operasi dan kasus beban tertentu, seperti pada contoh ban musim dingin. Dengan menyertakan ketergantungan frekuensi, bahan juga dapat dievaluasi sehubungan dengan isolasi suaranya dalam rentang pendengaran manusia. Pengukuran komparatif dapat digunakan untuk mengevaluasi pengaruh pada polimer pengisi seperti serat kaca, aditif dan pemlastis, dan resep dapat diturunkan. Berdasarkan karakteristik bahan viskoelastik, parameter proses juga dapat dianalisis, seperti apakah resin mengeras sepenuhnya selama pemrosesan.
Selain itu, dengan aksesori yang sesuai, pengaruh kelembapan pada bahan dapat diamati atau reaksi bahan dengan media cair (mis. minyak atau pelarut) dapat diperiksa. Untuk tujuan ini, generator kelembapan atau rendaman rendaman tersedia untuk sistem DMA.
Ini hanya segelintir dari sekian banyak kemungkinan penggunaan pengukuran DMA. Perangkat DMA biasanya memiliki mode pengukuran lain, seperti RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi, pengukuran creep, dan masih banyak lagi, yang juga memperluas bidang aplikasi.
Dalam beberapa minggu ke depan, kami ingin memperkenalkan Anda pada berbagai macam contoh aplikasi yang direkam dengan NETZSCH perangkat DMA di berbagai bidang aplikasi dan menginspirasi Anda untuk tugas dan tantangan masa depan Anda. Nantikan terus!
