Jak woda wpływa na właściwości mechaniczne polimerów

Po pierwsze, zajmijmy się pytaniem, dlaczego woda stanowi problem dla części wykonanych z tworzyw termoplastycznych. Podręczniki opisują, że absorpcja wody przez niektóre rodzaje poliamidu (PA) jest naprawdę wysoka zarówno przy 50% wilgotności względnej, jak i w wodzie. Samo to nie stanowiłoby problemu, ale absorpcja wody prowadzi do bardzo różnych właściwości materiałów. Na przykład moduł poliamidu (PA) spada nawet o 66% w wilgotnej atmosferze. Dlatego też znajomość utraty sztywności materiału termoplastycznego jest niezbędna przy konstruowaniu części polimerowych. W jaki sposób dynamiczna analiza mechaniczna (DMA) może pomóc w tej kwestii?

DMA w teorii

W tej metodzie sinusoidalna siła (naprężenie) jest przykładana do próbki jako dane wejściowe. Skutkuje to sinusoidalnym odkształceniem (naprężeniem) na wyjściu. Na podstawie obu parametrów można obliczyć moduł, który odnosi się do sztywności materiału. Ale możemy dowiedzieć się jeszcze więcej o materiale za pomocą pomiaru DMA! Weźmy przykład mężczyzny, który trzyma w dłoni piłkę. Upuszcza piłkę na podłogę, ale piłka nie wraca do pierwotnej wysokości dłoni mężczyzny. Ilustruje to, że materiał wykazuje różne zachowania. Zmagazynowana energia, która pozostaje w piłce, aby powrócić z ziemi, jest związana z modułem magazynowania E´. Brakująca wysokość, na którą piłka nie podskoczy, jest związana z rozproszoną energią związaną z modułem strat (E"). Na koniec otrzymujemy również informacje na temat tłumienia materiału.

W poniższych przykładach odnosi się to głównie do modułu sprężystości, ponieważ parametr ten jest najściślej związany ze sztywnością materiału, a tym samym najważniejszy w konstrukcji części polimerowej.

Przykład 1: Poliamid 6 w wilgotnej atmosferze

Pomiar przeprowadzono za pomocą urządzenia DMA 242 E Artemis w połączeniu z generatorem wilgotności.wilgotność względna jest stosowana w piecu, co pozwala na pomiar dynamicznych właściwości mechanicznych materiału pod wpływem wilgoci. Próbka PA 6 była mierzona przy częstotliwości 1 Hz i temperaturze 40°C w trybie rozciągania. Wilgotność względna była stopniowo zwiększana z 0% do 75% w czasie. Sztywność (opisana przez Moduł sprężystościModuł zespolony (składnik sprężysty), moduł magazynowania lub G', jest "rzeczywistą" częścią ogólnego modułu zespolonego próbki. Ten składnik sprężysty wskazuje na stałą lub fazową reakcję mierzonej próbki. moduł sprężystości E') materiału była mierzona w tych krokach wilgotności względnej. Wyraźnie widać, że sztywność materiału maleje wraz ze wzrostem wilgotności względnej. Przy wilgotności względnej 50% Elastyczność i moduł sprężystościElastyczność gumy lub elastyczność entropijna opisuje odporność dowolnego układu gumy lub elastomeru na zewnętrznie przyłożone odkształcenie lub naprężenie. moduł magazynowania zmniejszył się o około 74%.

Przykład 2: Poliuretan w kąpieli zanurzeniowej

W tym przykładzie DMA 242 E Artemis został wyposażony w kąpiel zanurzeniową, która jest pojemnikiem wykonanym ze stali, który można nałożyć na uchwyt próbki. Ma ona zastosowanie do wszystkich uchwytów próbek i trybów deformacji DMA 242 E Artemis. Poliuretan (PU) był mierzony przy kilku częstotliwościach, w temperaturze 25°C i w trybie rozciągania. Na rysunku 3 wyraźnie widać, w którym momencie woda została dodana do pojemnika. Występuje spadek modułu magazynowania w czasie, gdy woda była w kontakcie z materiałem. Spadek ten jest znaczący i wynosi około 17%.

Podczas konstruowania części polimerowych do różnych zastosowań należy pamiętać o wpływie wilgoci lub cieczy na materiały. Jeśli część została zaprojektowana z zachowaniem pierwotnej sztywności materiału, może ona ulec uszkodzeniu w środowisku zastosowania. Można tego uniknąć, testując dynamiczne właściwości mechaniczne w warunkach eksploatacyjnych za pomocą dynamicznej analizy mechanicznej. Dowiedz się więcej o DMA 242 E Artemistutaj. Czy wiesz, że absorpcja wody często prowadzi do zmiany wymiarów części. TMA wyposażona w generator wilgotności może pomóc w ocenie zmiany długości w wilgotnej atmosferze. Śledź nas na LinkedIn, aby nie przegapić artykułu!