![](https://analyzing-testing.netzsch.com/_Resources/Persistent/a/4/d/f/a4df58e4f36e84e6da0faea1a9f74d2b6b441984/NETZSCH_DMA_water_humidity-scaled-1620x911-1600x900.webp)
02.04.2020 by Milena Riedl
Как вода влияет на механические свойства полимеров
Почему вода является проблемой для деталей из термопластов? В учебниках описывается, что водопоглощение некоторых видов полиамида (ПА) очень высокое как при относительной влажности 50%, так и в воде. Само по себе это не было бы проблемой, но поглощение воды приводит к сильному изменению свойств материалов. Как динамический механический анализ (ДМА) может помочь в решении этой проблемы?
Для начала давайте разберемся, почему вода является проблемой для деталей из термопластов. В учебниках описывается, что водопоглощение некоторых видов полиамида (ПА) очень высокое как при относительной влажности 50 %, так и в воде. Само по себе это не было бы проблемой, но поглощение воды приводит к сильному изменению свойств материалов. Например, модуль упругости полиамида (PA) снижается до 66 % во влажной атмосфере. Таким образом, знание о потере жесткости термопластичного материала очень важно при изготовлении полимерных деталей. Как динамический механический анализ (DMA) может помочь в решении этой проблемы?
DMA в теории
В этом методе к образцу прикладывается синусоидальная сила (напряжение). В результате на выходе получается синусоидальная деформация (напряжение). Из обоих параметров можно рассчитать модуль упругости, который отражает жесткость материала. Но с помощью измерения DMA мы можем узнать о материале еще больше! Возьмем пример человека, у которого в руке мяч. Он роняет мяч на пол, но мяч не возвращается на прежнюю высоту в руке человека. Это свидетельствует о том, что материал ведет себя по-разному. Энергия, которая остается в шаре, чтобы подняться с земли, связана с модулем сохранения энергии E´. Недостающая высота, на которую мяч не поднимается, связана с рассеянной энергией, связанной с модулем потерь (E"). В итоге мы также получаем информацию о демпфирующем поведении материала.
![](https://analyzing-testing.netzsch.com/_Resources/Persistent/0/7/e/2/07e2ec420ff000baa5963bd066120adabb98d490/NETZSCH_DMA-in-theory-600x360.webp)
В следующих примерах речь идет в основном о модуле упругости, поскольку этот параметр наиболее тесно связан с жесткостью материала и поэтому наиболее важен при изготовлении полимерной детали.
Пример 1: Полиамид 6 во влажной атмосфере
Измерения проводились на приборе DMA 242 E Artemis в сочетании с генератором влажности.в печи устанавливается относительная влажность, что позволяет измерять динамические механические свойства материала в условиях влажности. Образец PA 6 измерялся при частоте 1 Гц и температуре 40°C в режиме растяжения. Относительная влажность воздуха постепенно увеличивалась с 0% до 75% с течением времени. Жесткость (описываемая модулем упругости E') материала измерялась при этих значениях относительной влажности. Хорошо видно, что жесткость материала уменьшается с увеличением относительной влажности. При относительной влажности 50 % модуль упругости уменьшился примерно на 74 %.
![](https://analyzing-testing.netzsch.com/_Resources/Persistent/b/0/e/9/b0e991acc49311cffacb1b57b7897feaaaafcf98/Failure-Analysis_DMA_Humidity-600x298.webp)
Пример 2: Полиуретан в погружной ванне
Для этого примера DMA 242 E Artemis был оснащен иммерсионной ванной, которая представляет собой стальной контейнер, устанавливаемый на держатель образца. Она применима для всех держателей образцов и режимов деформации DMA 242 E Artemis. Полиуретан (ПУ) измерялся на нескольких частотах, при температуре 25°C и в режиме растяжения. На рисунке 3 хорошо видно, в какой момент в контейнер была добавлена вода. Наблюдается снижение модуля упругости за время нахождения воды в контакте с материалом. Снижение значительное и составляет около 17 %.
![](https://analyzing-testing.netzsch.com/_Resources/Persistent/7/2/9/4/729472e625ef2d3ab460faad9718fa1a91cbceaf/NETZSCH_DMA_Immersion-bath-600x296.webp)
При изготовлении полимерных деталей для различных областей применения необходимо учитывать влияние влажности или жидкостей на материалы. Если деталь спроектирована с учетом исходной жесткости материала, то в условиях эксплуатации она, скорее всего, выйдет из строя. Этого можно избежать, если проверить динамические механические свойства в условиях эксплуатации с помощью динамического механического анализа. Узнать больше о DMA 242 E Artemis можно здесь. Знаете ли вы? Поглощение воды часто приводит к изменению размеров детали. ТМА, оснащенный генератором влажности, может помочь оценить изменение длины во влажной атмосфере. Следите за нами на LinkedIn, чтобы не пропустить статью!