Właściwy wybór - porównanie trybów pomiaru rozciągania, zginania i podwójnego wspornika w DMA na przykładzie PE

Wprowadzenie

W DMA stosowane są różne rodzaje obciążeń. Próbka jest obciążana rozciąganiem, ściskaniem, zginaniem lub ścinaniem. Często zastosowane NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie jest określone przez przyszłe zastosowanie, ale czasami rodzaj obciążenia może być dowolny selected. W każdym przypadku pojawia się pytanie, w jakim stopniu wyniki są porównywalne. W niniejszej nocie aplikacyjnej porównano tryby obciążenia, które są szczególnie istotne w zastosowaniach polimerowych - rozciąganie, zginanie swobodne (zginanie 3-punktowe) i zginanie zaciśnięte (podwójny wspornik).

Pomiar porównawczy PE-HD

Jako przykład, półkrystaliczne tworzywo termoplastyczne, PE-HD, zostało zbadane w urządzeniu DMA GABO Eplexor^® 500 N (rysunek 1). Był to jednorodny materiał arkuszowy podzielony na precyzyjne wymiarowo próbki o wymiarach 55 x 5 x 2 mm za pomocą frezarki.

W celu uzyskania maksymalnego efektu pomiarowego, próbka do rozciągania została zaciśnięta na długości 35 mm. selectW przypadku zginania 3-punktowego szerokość podpory wynosi 30 mm, ponieważ jest to dobry kompromis między różnymi czynnikami. Przy jeszcze smallwiększej szerokości podparcia, niepożądane efekty styku w punktach łożyskowania odgrywają większą rolę: Przy larger szerokości łożyska, próbka wygina się zbyt mocno w zakresie mięknienia, przez co naprężenia rozciągające nakładają się coraz bardziej, a pomiar nie daje już znaczących wyników.

Przy identycznym materiale i wymiarach próbka jest znacznie sztywniejsza przy rozciąganiu niż przy zginaniu. W związku z tym do osiągnięcia odkształcenia dynamicznego na poziomie 0,1% przy rozciąganiu wymagane jest ponad 50 N. W przypadku zginania ustawiono nieco larger docelowe odkształcenie wynoszące 0,15% w celu zwiększenia efektów pomiarowych w zakresie mięknienia, a także w celu uzyskania wystarczającego ściskania w podporach swobodnego zginania. Jednak w przypadku zginania z zaciskiem (podwójny wspornik) do osiągnięcia docelowego odkształcenia wystarczy 9 N, a w przypadku zginania swobodnego nawet 5 N. W ten sposób odkształcenia dynamiczne zawsze mieszczą się w liniowym zakresie sprężystości (norma ISO 6721 określa typowe maksymalne odkształcenie na poziomie 0,2%). W przypadku obciążenia statycznego we wszystkich przypadkach stosowana jest kontrola proporcjonalna (FStat = PF * FDyn). Pomiary przeprowadzane są w zakresie temperatur od -150°C do +150°C przy szybkości nagrzewania 2 K/min. Parametry pomiarowe podsumowano w tabeli 1.

Jak widać na rysunku 2, moduł Younga w funkcji temperatury jest largely identyczny dla różnych trybów obciążenia; dlatego dla jednorodnego materiału nie jest konieczne rozróżnianie między modułem zginania i rozciągania. Moduł magazynowania E* jest początkowo mierzony nieco niżej przy rozciąganiu w temperaturze -150°C niż przy zginaniu, ale później moduły magazynowania przy rozciąganiu i swobodnym zginaniu są largely identyczne. W zakresie mięknienia próbka będzie silnie odkształcana w uchwytach do próbek zginanych. Dlatego możliwe jest tutaj zmierzenie nieco niższych modułów w trybie rozciągania.

W przypadku zaciśniętego zginania (podwójny wspornik) zmierzony Elastyczność i moduł sprężystościElastyczność gumy lub elastyczność entropijna opisuje odporność dowolnego układu gumy lub elastomeru na zewnętrznie przyłożone odkształcenie lub naprężenie. moduł magazynowania jest nieco niższy, począwszy od około -50°C. To zachowanie jest również odzwierciedlone w module strat E": Podczas gdy wartości przy rozciąganiu i zginaniu są bardzo podobne, te zmierzone przy zaciśniętym zginaniu nieco się różnią (zielona krzywa). Powodem tego jest to, że złożony stan naprężenia występuje w próbce już podczas zaciskania i, w przeciwieństwie do sytuacji przy rozciąganiu, nie jest już możliwe skompensowanie dodatkowej liniowej rozszerzalności próbki. Zwłaszcza podczas zmiany temperatury generowane są również dodatkowe naprężenia termiczne, które jeszcze bardziej obciążają próbkę.

Tabela 1: Zastosowane parametry pomiaru i wymagana siła

Ogólne informacje na temat korzystania z trybów obciążenia

Gdy próbka jest zginana, przyłożone naprężenie zmienia się w przekroju poprzecznym. W przypadku pokazanym na rysunku 3, naprężenie ściskające działa na górną stronę próbki, a naprężenie rozciągające na dolną stronę. Ponadto moment zginający i naprężenie zmieniają się wzdłuż długości próbki. Oznacza to, że określone odkształcenia lub naprężenia przy zginaniu zawsze występują tylko w zewnętrznych włóknach i wzdłużnie w środku próbki.

Jeśli zachowanie materiału jest zależne od odkształcenia, zasadniczo nie ma sensu dokonywanie pomiarów przy zginaniu. Dlatego w normie ISO 6721 tryb pomiaru z jednolitym stanem naprężenia - tj. rozciąganie, ściskanie lub ścinanie - jest również ogólnie zalecany dla polimerów nieliniowych. W odniesieniu do wymiarów próbki, norma ISO 6721 nakłada pewne ograniczenia, które podsumowano w tabeli 2.

Tabela 2: Dopuszczalne geometrie próbek zgodnie z normą ISO 6721

Ma to na celu zapewnienie, że zaciskanie lub przechowywanie ma stosunkowo niewielki wpływ na wyniki. W praktyce często występują stosunkowo duże odchylenia, szczególnie w przypadku zginania z zaciskiem dla sztywniejszych próbek. Dlatego zaleca się testowanie tylko stosunkowo cienkich lub miękkich próbek za pomocą podwójnego uchwytu wspornikowego.

Wnioski

Tworzywa sztuczne są mierzone głównie przy rozciąganiu, zginaniu swobodnym lub zaciśniętym. Na przykładzie jednorodnej próbki PE-HD udało się wykazać, że prawie identyczne wyniki uzyskuje się przy rozciąganiu i swobodnym zginaniu w idealnych warunkach, podczas gdy niewielkie odchylenia występują przy zginaniu zaciśniętym (podwójny wspornik).

Jeśli materiał jest w ogóle zależny od amplitudy, próbka powinna być mierzona przy rozciąganiu. DMA GABO Eplexor^® 500 N oferuje wszystkie możliwości w tym zakresie.