Introducere
În DMA sunt utilizate diferite tipuri de sarcină. Proba este încărcată în tensiune, compresie, încovoiere sau forfecare. Adesea, sarcina aplicată este determinată de viitoarea aplicație, dar uneori, tipul de sarcină poate fi selectat liber. În orice caz, se pune întrebarea în ce măsură rezultatele sunt comparabile. În această notă de aplicare, sunt comparate modurile de încărcare care sunt deosebit de relevante pentru aplicațiile cu polimeri - tensiune, încovoiere liberă (încovoiere în 3 puncte) și încovoiere prinsă (cantilever dublu).
Măsurarea comparativă a PE-HD
Ca exemplu, un termoplastic semicristalin, PE-HD, a fost investigat într-un DMA GABO Eplexor® 500 N (figura 1). A fost vorba despre un material omogen sub formă de foaie, împărțit în eșantioane precise din punct de vedere dimensional cu dimensiuni de 55 x 5 x 2 mm cu ajutorul unei mașini de frezat.
Pentru a obține un efect de măsurare maxim, proba de tracțiune este fixată la o lungime de 35 mm. În cazul încovoierii în 3 puncte, se alege o lățime a suportului de 30 mm, deoarece aceasta reprezintă un compromis bun între diferiți factori. Cu lățimi de sprijin chiar mai mici, efectele de contact nedorite la punctele de sprijin joacă un rol mai important: Cu lățimi de sprijin mai mari, proba se îndoaie prea mult în intervalul de înmuiere, prin care tensiunile de tracțiune se suprapun din ce în ce mai mult și măsurarea nu mai dă rezultate semnificative.
Cu material și dimensiuni identice, eșantionul este mult mai rigid la întindere decât la încovoiere. În consecință, sunt necesare mai mult de 50 N la întindere pentru a obține o deformație dinamică de 0,1 %. La încovoiere, a fost stabilită o deformație țintă ceva mai mare, de 0,15%, pentru a crește efectele de măsurare în intervalul de înmuiere și, de asemenea, pentru a obține o compresie suficientă în suporturile de încovoiere liberă. Cu toate acestea, în cazul încovoierii prin strângere (cantilever dublu), 9 N sunt suficienți pentru a atinge deformația țintă, iar în cazul încovoierii libere, chiar și 5 N sunt suficienți. Astfel, deformațiile dinamice sunt întotdeauna în domeniul elastic liniar (ISO 6721 stipulează o deformație maximă tipică de 0,2%). Pentru sarcina statică, se utilizează în toate cazurile un control proporțional (FStat = PF * FDyn). Măsurătorile sunt efectuate în intervalul de temperatură de la -150°C la +150°C, la o rată de încălzire de 2 K/min. Parametrii de măsurare sunt sintetizați în tabelul 1.
După cum se poate observa în figura 2, modulul Young în funcție de temperatură este în mare parte identic pentru diferitele moduri de încărcare; prin urmare, pentru un material omogen, nu este necesar să se facă distincția între un modul de încovoiere și unul de tracțiune. Modulul de stocare E* se măsoară inițial la -150°C la întindere ceva mai jos decât la încovoiere, dar ulterior modulele de stocare la întindere și la încovoiere liberă sunt în mare parte identice. În intervalul de înmuiere, proba va fi puternic deformată în suporturile de probă pentru încovoiere. Acesta este motivul pentru care este posibil să se măsoare module ceva mai mici în modul de întindere.
În încovoiere cu clemă (cantilever dublu), Elasticitate și modul de elasticitateElasticitatea cauciucului sau elasticitatea entropică descrie rezistența oricărui sistem de cauciuc sau elastomer la o deformare sau tensiune aplicată din exterior. modulul de stocare măsurat este ceva mai mic începând de la aprox. -50°C. Acest comportament este reflectat și în modulul de pierdere E": În timp ce valorile în tracțiune și încovoiere sunt foarte asemănătoare, cele măsurate în încovoiere prinsă deviază puțin (curba verde). Se consideră că acest lucru se datorează faptului că o stare de tensiune complexă apare deja în probă în timpul strângerii și, spre deosebire de situația în tensiune, atunci nu mai este posibilă compensarea expansiunii liniare suplimentare a probei. În special în timpul unei variații de temperatură, se generează, de asemenea, tensiuni termice suplimentare care solicită și mai mult proba.
Tabelul 1: Parametrii de măsurare utilizați și forța necesară
| Întindere | Încovoiere în trei puncte | Cantilever dublu (30 mm) | |
| Întindere dinamică | 0.1% la 1 Hz | 0.15% la 1 Hz | |
| Sarcina statică | 1.1 PF | 1.5 PF | FStat = 0 N |
| Rata de încălzire | 2 K/min | 2 K/min | 2 K/min |
| Forța de măsurare rezultată | >50 N | 5 N | 9 N |
Informații generale privind utilizarea modurilor de încărcare
Atunci când o probă este îndoită, tensiunea care este aplicată variază în secțiunea transversală. În cazul prezentat în figura 3, o tensiune de compresiune acționează pe partea superioară a eșantionului, iar o tensiune de tracțiune pe partea inferioară. În plus, momentul de încovoiere și, de asemenea, tensiunea variază de-a lungul lungimii eșantionului. Aceasta înseamnă că deformațiile sau tensiunile specificate la încovoiere se aplică întotdeauna numai în fibrele exterioare și pe lungime în centrul probei.
În cazul în care comportamentul materialului este dependent de deformare, măsurarea la încovoiere nu prea are sens. Prin urmare, în ISO 6721, un mod de măsurare cu o stare de tensiune uniformă - de exemplu, întindere, compresie sau forfecare - este, de asemenea, recomandat în general pentru polimerii neliniare. În ceea ce privește dimensiunile probei, ISO 6721 impune unele restricții care sunt rezumate în tabelul 2.
Tabelul 2: Geometrii admisibile ale probelor în conformitate cu ISO 6721
| Tensiune | Lungime / lățime > 6 |
| îndoire în 3 puncte | Lățimea rulmentului / înălțimea eșantionului > 16 Lățimea rulmentului / înălțimea eșantionului > 6 |
| Cantilever dublu | Lungimea de îndoire liberă / Înălțimea probei > 32 Lungimea de îndoire liberă / Înălțimea eșantionului > 12 |
Aceasta pentru a se asigura că prinderea sau depozitarea exercită doar o influență relativ mică asupra rezultatelor. În practică, apar adesea abateri relativ puternice, în special în cazul încovoierii prin strângere pentru probe mai rigide. Prin urmare, se recomandă testarea numai a probelor relativ subțiri sau moi cu suportul dublu de probă cantilever.
Concluzie
Materialele plastice sunt măsurate în principal la întindere, încovoiere liberă sau cu clemă. Folosind exemplul unei probe omogene de PE-HD, a fost posibil să se demonstreze că, în condiții ideale, se obțin rezultate aproape identice la întindere și la încovoiere liberă, în timp ce în cazul încovoierii prin strângere (cantilever dublu) apar mici abateri.
Dacă un material este dependent de amplitudine, proba trebuie măsurată în tensiune. DMA GABO Eplexor® 500 N oferă toate posibilitățile în acest scop.