Введение
В DMA используются различные типы нагрузок. Образец нагружается при растяжении, сжатии, изгибе или сдвиге. Часто прилагаемая нагрузка определяется будущим применением, но иногда тип нагрузки может быть произвольным selected. В любом случае возникает вопрос, насколько сопоставимы результаты. В данном руководстве по применению сравниваются режимы нагружения, которые особенно актуальны для применения в полимерных материалах - растяжение, свободный изгиб (трехточечный изгиб) и изгиб с зажимом (двойной консоль).
Сравнительное измерение PE-HD
В качестве примера, полукристаллический термопласт PE-HD был исследован в DMA GABO Eplexor® 500 N (рис. 1). Это был однородный листовой материал, разделенный на прецизионные образцы с размерами 55 x 5 x 2 мм с помощью фрезерного станка.
Для достижения максимального эффекта измерения образец при растяжении зажимается на длину 35 мм. selectПри трехточечном изгибе ширина опоры составляет 30 мм, так как это хороший компромисс между различными факторами. При еще smallбольшей ширине опоры нежелательные контактные эффекты в точках опоры играют большую роль: При larger ширине опоры образец слишком сильно изгибается в диапазоне размягчения, в результате чего растягивающие напряжения все больше накладываются и измерение больше не дает значимых результатов.
При одинаковых материалах и размерах образец гораздо жестче при растяжении, чем при изгибе. Соответственно, для достижения динамической деформации в 0,1% требуется более 50 Н при растяжении. При изгибе была установлена несколько larger целевая деформация 0,15 %, чтобы увеличить эффект измерения в диапазоне размягчения, а также для достижения достаточного сжатия в опорах при свободном изгибе. Однако при зажатом изгибе (двойной кантилевер) для достижения целевой деформации достаточно 9 Н, а при свободном изгибе - даже 5 Н. Таким образом, динамические деформации всегда находятся в линейном диапазоне упругости (ISO 6721 предусматривает типичную максимальную деформацию 0,2%). Для статической нагрузки во всех случаях используется пропорциональное управление (FStat = PF * FDyn). Измерения проводятся в диапазоне температур от -150°C до +150°C при скорости нагрева 2 К/мин. Параметры измерений сведены в таблицу 1.
Как видно из рисунка 2, модуль Юнга в зависимости от температуры largeпрактически идентичен для различных режимов нагружения; поэтому для однородного материала нет необходимости различать модуль при изгибе и растяжении. Модуль запаса Е* при растяжении при температуре -150°C первоначально измеряется несколько ниже, чем при изгибе, но затем модули запаса при растяжении и свободном изгибе largeпрактически идентичны. В диапазоне размягчения образец сильно деформируется в держателях образцов при изгибе. Поэтому в режиме растяжения можно измерить несколько меньшие модули.
При изгибе с зажимом (двойной кантилевер) измеренный модуль упругости несколько ниже, начиная примерно с -50°C. Это поведение также отражается на модуле потерь E": В то время как значения при растяжении и изгибе очень похожи, значения, измеренные при изгибе с зажимом, немного отклоняются (зеленая кривая). Причиной этого считается то, что во время зажима в образце уже возникает сложное напряженное состояние и, в отличие от ситуации при растяжении, становится невозможной компенсация дополнительного линейного расширения образца. Особенно во время температурной развертки возникают дополнительные термические напряжения, которые еще больше деформируют образец.
Таблица 1: Используемые параметры измерений и требуемая сила
| Натяжение | Трехточечный изгиб | Двойная консоль (30 мм) | |
| Динамическая деформация | 0.1% при 1 Гц | 0.15% при 1 Гц | |
| Статическая нагрузка | 1.1 ПФ | 1.5 PF | FStat = 0 Н |
| Скорость нагрева | 2 К/мин | 2 К/мин | 2 К/мин |
| Результирующее измерительное усилие | >50 N | 5 N | 9 N |
Общие сведения об использовании режимов нагрузки
Когда образец сгибается, напряжение, приложенное к нему, меняется по всему сечению. В случае, показанном на рисунке 3, сжимающее напряжение действует на верхнюю сторону образца, а растягивающее - на нижнюю. Кроме того, изгибающий момент и напряжение изменяются по длине образца. Это означает, что заданные деформации или напряжения при изгибе всегда действуют только во внешних волокнах и по длине в центре образца.
Если поведение материала зависит от деформации, то измерение при изгибе в принципе не имеет смысла. Поэтому в стандарте ISO 6721 для нелинейных полимеров также рекомендуется режим измерения с равномерным напряженным состоянием - растяжением, сжатием или сдвигом. Что касается размеров образца, ISO 6721 накладывает некоторые ограничения, которые приведены в таблице 2.
Таблица 2: Допустимая геометрия образцов в соответствии с ISO 6721
| Натяжение | Длина / ширина > 6 |
| 3-точечный изгиб | Ширина подшипника / высота образца > 16 Ширина подшипника / высота образца > 6 |
| Двойная консоль | Длина свободного изгиба / высота образца > 32 Длина свободного изгиба / высота образца > 12 |
Это необходимо для того, чтобы убедиться, что зажим или хранение оказывают лишь относительно небольшое влияние на результаты. На практике часто наблюдаются относительно сильные отклонения, особенно при изгибе с зажимом для более жестких образцов. Поэтому рекомендуется испытывать с помощью двухконсольного держателя образцов только относительно тонкие или мягкие образцы.
Заключение
Пластмассы в основном измеряются при растяжении, свободном или зажатом изгибе. На примере однородного образца PE-HD можно показать, что в идеальных условиях при растяжении и свободном изгибе получаются почти одинаковые результаты, в то время как при зажатом изгибе (двойной кантилевер) возникают небольшие отклонения.
Если материал зависит от амплитуды, то образец следует измерять при растяжении. DMA GABO Eplexor® 500 N предлагает все возможности для этого.