Come l'acqua influenza le proprietà meccaniche dei polimeri

Innanzitutto, affrontiamo la questione del perché l'acqua sia un problema per un pezzo realizzato in termoplastica. I libri di testo descrivono che l'assorbimento di acqua per alcuni tipi di poliammide (PA) è molto elevato sia in presenza di un'umidità relativa del 50% che in acqua. Questo da solo non sarebbe un problema, ma l'assorbimento di acqua porta a proprietà molto diverse dei materiali. Ad esempio, il modulo della poliammide (PA) diminuisce fino al 66% in atmosfera umida. Pertanto, conoscere la perdita di rigidità di un materiale termoplastico è essenziale nella costruzione di parti in polimero. In che modo l'analisi meccanica dinamica (DMA) può aiutare a risolvere questo problema?

DMA in teoria

In questo metodo, al campione viene applicata una forza sinusoidale (sollecitazione) come input. In uscita si ottiene una deformazione sinusoidale (deformazione). Da entrambi i parametri si può calcolare il modulo, che si riferisce alla rigidità del materiale. Ma possiamo scoprire ancora di più sul materiale attraverso una misurazione DMA! Prendiamo l'esempio di un uomo che ha una palla in mano. Lascia cadere la palla sul pavimento, ma la palla non torna all'altezza originale della mano dell'uomo. Questo dimostra che il materiale esercita comportamenti diversi. L'energia immagazzinata che rimane nella palla per risalire da terra è legata al Elasticità e modulo di elasticitàL'elasticità della gomma o elasticità dell'entropia descrive la resistenza di qualsiasi sistema di gomma o elastomero contro una deformazione o uno sforzo applicato dall'esterno. modulo di accumulo E´. L'altezza mancante per cui la palla non salta su è legata all'energia dissipata associata al Modulo viscosoIl modulo complesso (componente viscosa), modulo di perdita o G'', è la parte "immaginaria" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente viscosa indica la risposta liquida, o fuori fase, del campione da misurare. modulo di perdita (E"). Alla fine, otteniamo anche informazioni sul comportamento di smorzamento del materiale.

Negli esempi che seguono, si fa riferimento soprattutto al Elasticità e modulo di elasticitàL'elasticità della gomma o elasticità dell'entropia descrive la resistenza di qualsiasi sistema di gomma o elastomero contro una deformazione o uno sforzo applicato dall'esterno. modulo di accumulo, perché questo parametro è più strettamente legato alla rigidità del materiale e quindi più importante nella costruzione di una parte in polimero.

Esempio 1: Poliammide 6 in atmosfera umida

La misura è stata condotta con un DMA 242 E Artemis combinato con un generatore di umidità.nel forno viene applicata un'umidità relativa che consente di misurare le proprietà meccaniche dinamiche di un materiale in presenza di umidità. Un campione di PA 6 è stato misurato a una frequenza di 1 Hz e a una temperatura di 40°C in modalità di tensione. L'umidità relativa è stata aumentata gradualmente dallo 0% al 75% nel tempo. La rigidità (descritta dal Elasticità e modulo di elasticitàL'elasticità della gomma o elasticità dell'entropia descrive la resistenza di qualsiasi sistema di gomma o elastomero contro una deformazione o uno sforzo applicato dall'esterno. modulo di accumulo E') del materiale è stata misurata in queste fasi di umidità relativa. È chiaramente visibile che la rigidità del materiale diminuisce con l'aumento dell'umidità relativa. Al 50% di umidità relativa, il modulo di conservazione è diminuito di circa il 74%.

Esempio 2: Poliuretano in bagno di immersione

Per questo esempio, il DMA 242 E Artemis è stato dotato di un bagno a immersione, un contenitore in acciaio che può essere applicato al portacampioni. È applicabile a tutti i portacampioni e alle modalità di deformazione del DMA 242 E Artemis. Il poliuretano (PU) è stato misurato a diverse frequenze, a una temperatura di 25°C e in modalità di tensione. Nella figura 3 è chiaramente visibile il momento in cui l'acqua è stata aggiunta al contenitore. Si nota una diminuzione del Elasticità e modulo di elasticitàL'elasticità della gomma o elasticità dell'entropia descrive la resistenza di qualsiasi sistema di gomma o elastomero contro una deformazione o uno sforzo applicato dall'esterno. modulo di accumulo per tutto il tempo in cui l'acqua è stata a contatto con il materiale. La diminuzione è significativa e ammonta a circa il 17%.

L'effetto dell'umidità o dei liquidi sui materiali deve essere tenuto presente quando si costruiscono componenti in polimero per diverse applicazioni. Se un pezzo viene progettato con la rigidità originale del materiale, è probabile che si guasti nell'ambiente di applicazione. Questo può essere evitato testando le proprietà meccaniche dinamiche in condizioni di servizio mediante l'analisi meccanica dinamica. Per saperne di più sulla DMA 242 E Artemis, cliccate qui. Lo sapevate che l'assorbimento di acqua spesso porta a una modifica delle dimensioni di un pezzo? La TMA dotata di un generatore di umidità può aiutare a valutare la variazione di lunghezza in un'atmosfera umida. Seguiteci su LinkedIn per non perdere l'articolo!