23.03.2023 by Martin Rosenschon
De ce aveți nevoie de DMA cu forță mare și mică
Analiza mecanică dinamică (DMA) este o metodă care furnizează informații privind comportamentul elastic și vâscos al unui material în funcție de temperatură și de frecvența sarcinii. O probă de testare este supusă unei sarcini oscilante definite, iar deformarea rezultată este măsurată.
Analizoarele mecanice dinamice (DMA) pot fi clasificate în dispozitive cu forță redusă, care generează de obicei forțe dinamice cuprinse între o singură cifră și două cifre de newtoni, și sisteme cu forță ridicată, capabile să aplice o sarcină dinamică de până la câțiva kilonewtoni. În plus față de forța dinamică, DMA pot produce, în general, o sarcină statică asupra probei.
Forța maximă a unui sistem determină modul de testare - de exemplu, tensiune, încovoiere sau forfecare - și tensiunile la care poate fi caracterizat un anumit material. Modulul de stocare E' este proprietatea limită a materialului în această privință. Acesta definește tensiunile din material care sunt realizate în timpul unei măsurători la o deformație dată. Forța rezultată este determinată de geometria epruvetei.
Figura 1 prezintă o comparație între modurile de încercare la încovoiere în 3 puncte, întindere și compresie cu geometrii selectate și valori diferite ale modulului de stocare în ceea ce privește cerințele de sarcină respective. S-a presupus o deformație dinamică de 0,1 % (cu excepția încovoierii în 3 puncte cu o lungime de încovoiere de 50 mm). Deformarea maximă atinsă se bazează pe un factor de forță de 1,1, care descrie raportul dintre sarcina statică și cea dinamică. Toate modurile de testare prezentate necesită o forță statică în plus față de forța dinamică. Acest lucru ajută la menținerea sculei superioare în contact cu eșantionul (încovoiere și compresie) și la prevenirea deformării eșantionului (întindere).
Trebuie remarcat faptul că figura prezintă doar o secțiune a posibilităților. Prin reducerea geometriei probei sau a amplitudinii de deformare, spectrul modulului măsurabil poate fi de obicei extins. Cu toate acestea, trebuie întotdeauna luate în considerare eșantioanele de testare fabricabile și reprezentative.
Aproape toate materialele pot fi caracterizate!
Folosind parametrii de testare adecvați, cum ar fi geometria probei și suportul probei, aproape toate materialele pot fi caracterizate în sisteme cu forță redusă. Chiar și materiale precum aluminiul, oțelul sau ceramica, care au valori ale modulului de stocare de aproximativ 70 GPa, 210 GPa și mai mult, pot fi testate cu forțe dinamice de până la 10 N în îndoire în 3 puncte (a se vedea figura 1: l: 50 mm, b: 6 mm, h: 1 mm, deformare dinamică: 0,05%). Sunt necesare sisteme cu sarcină mare (500 N și mai mult) pentru a analiza astfel de materiale în compresie sau întindere, desigur cu asigurarea unei fixări corecte a epruvetei.
Alegerea unui sistem și a unei configurații de măsurare este, de asemenea, legată de intervalul de temperatură care trebuie investigat și de dezvoltarea corespunzătoare a proprietăților viscoelastice. Astfel, caracterizarea materialelor într-o configurație de măsurare definită este adesea posibilă la o anumită temperatură. Cu toate acestea, dacă intervalul de temperatură se modifică și proprietățile mecanice ies din intervalul detectat de configurația selectată, analiza nu mai poate fi efectuată.
Figura 2 prezintă o măsurătoare DMA pe un material WPC (Wood Polymer Compound) în îndoire în 3 puncte cu o lungime de îndoire liberă de 50 mm. Materialele WPC constau parțial din plastic (în acest caz PVC) și parțial din lemn, o resursă regenerabilă. O aplicație tipică a WPC sunt plăcile pentru terase.
La o temperatură de 15°C, materialul are un modul de stocare E' de 8,1 GPa, care este relativ rigid. Pe măsură ce temperatura crește, valoarea scade aproape liniar până la aproximativ 6,2 GPa la 65°C. În timpul tranziției vitroase, la aproximativ 78 °C, lanțurile polimerice din regiunile amorfe ale polimerului se pot mișca unele împotriva altora, iar materialul își pierde rapid rigiditatea. După tranziția vitroasă, 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 E' este de numai 302 MPa la 120°C.
Să presupunem că, din cauza unei specificații de testare sau a unei situații realiste de solicitare, materialul trebuie măsurat în modul tensiune cu o amplitudine de deformare de 0,1% (deformare totală maximă: 0,21%). Pentru un modul de stocare de aproximativ 8,1 GPa la 15 °C, ar fi necesară o secțiune transversală de maximum 1,23 mm² pentru a caracteriza materialul în intervalul de sarcină de până la 10 N. Pe lângă pregătirea aproape imposibilă a unei astfel de probe, omogenitatea materialului nu poate fi asigurată, ceea ce este deosebit de important pentru rezultate de măsurare reprezentative în materialele umplute.
Conform figurii 1, materialul poate fi măsurat fără probleme folosind o probă cu o suprafață a secțiunii transversale de 3 mm² într-un dispozitiv cu o forță dinamică de 25 N. Probele cu o secțiune transversală și mai mare, cum ar fi 10 mm², ar necesita un dispozitiv cu aproximativ 80 N.
NETZSCH Instrumente DMA pentru cerințele dumneavoastră speciale
Adesea, este necesară o caracterizare standardizată a unui material, care să asigure condiții de testare coerente și, astfel, comparabilitatea rezultatelor între diferite instituții. De exemplu, materialele elastomerice și din cauciuc sunt testate în mod obișnuit în compresie cu o probă de 10 mm înălțime și 10 mm diametru, în conformitate cu DIN 53513[1]. Sub temperatura de tranziție vitroasă, aceste grupuri de materiale au un modul de stocare de până la 4 GPa în stare neumplută, adesea peste 8 GPa atunci când sunt umplute. În consecință, testarea materialelor necesită sisteme de forță mare (a se vedea și figura 1).
Selectarea unui dispozitiv DMA și a domeniului său de forță depinde, de asemenea, de efectul care trebuie caracterizat. Pentru fenomenele tipice ale cauciucului, cum ar fi efectul Payne sau Mullins, sunt necesare anumite niveluri de deformare care pot fi atinse numai cu dispozitive cu forță maximă suficientă.
Indiferent dacă doriți să măsurați elastomeri moi, materiale termoplastice și termorezistente neumplute sau umplute până la metale și ceramică la încovoiere, întindere, forfecare sau compresie, NETZSCH Analyzing & Testing oferă instrumente DMA care sunt special adaptate cerințelor dumneavoastră. Produsele noastre sunt proiectate pentru sarcinile care corespund aplicației dvs. specifice.
[1] DIN 53513:1990-03: Prüfung von Kautschuk und Elastomeren; Bestimmung der visko-elastischen Eigenschaften von Elastomeren bei erzwungenen Schwingungen außerhalb der Resonanz. Berlin: Beuth-Verlag 1990
