Зачем нужны высоко- и низкоскоростные DMA

Динамические механические анализаторы (ДМА ) можно разделить на устройства с низкой силой, которые обычно создают динамические усилия в диапазоне от одного до середины двузначного числа ньютонов, и системы с высокой силой, способные прикладывать динамическую нагрузку до нескольких килоньютонов. В дополнение к динамической силе DMA обычно могут создавать статическую нагрузку на образец.

Максимальная сила системы определяет режим испытания - например, растяжение, изгиб или сдвиг - и деформации, при которых можно охарактеризовать конкретный материал. Модуль упругости E' является предельным свойством материала в этом отношении. Он определяет напряжения в материале, которые возникают во время измерения при заданной деформации. Результирующее усилие определяется геометрией образца для испытаний.

На рис. 1 показано сравнение режимов испытаний на трехточечный изгиб, растяжение и сжатие с геометрией selected и различными значениями модуля запаса прочности с учетом соответствующих требований к нагрузке. Предполагалось, что динамическая деформация составляет 0,1% (за исключением трехточечного изгиба с длиной изгиба 50 мм). Максимальное значение деформации основано на коэффициенте силы 1,1, который описывает соотношение статической и динамической нагрузки. Все показанные режимы испытаний требуют статической силы в дополнение к динамической. Это помогает удерживать верхний инструмент в контакте с образцом (изгиб и сжатие) и предотвращать смятие образца (растяжение).

Рисунок 1: Сравнение различных режимов измерения с примерными геометриями и диапазонами модулей с точки зрения результирующей нагрузки.

Следует отметить, что на рисунке показана только часть возможностей. Уменьшая геометрию образца или снижая амплитуду деформации, обычно можно расширить спектр измеряемых модулей упругости. Однако всегда следует учитывать возможность изготовления представительных образцов для испытаний.

Почти все материалы поддаются определению!

При использовании подходящих параметров испытания, таких как геометрия образца и держатель образца, почти все материалы могут быть охарактеризованы в системах с низким усилием. Даже такие материалы, как алюминий, сталь или керамика, которые имеют значения модуля упругости около 70 ГПа, 210 ГПа и более, могут быть испытаны с динамической силой до 10 Н при трехточечном изгибе (см. рис. 1: l: 50 мм, b: 6 мм, h: 1 мм, дин. деформация: 0,05%). Для анализа таких материалов на сжатие или растяжение требуются высоконагруженные системы (500 Н и более), разумеется, с обеспечением правильной фиксации образца.

Выбор системы и измерительной установки также связан с температурным диапазоном, который необходимо исследовать, и связанным с ним развитием вязкоупругих свойств. Так, определение характеристик материалов в определенной измерительной установке часто возможно при определенной температуре. Однако если температурный диапазон изменяется и механические свойства выходят за пределы диапазона, определенного установкой select, анализ больше не может быть выполнен.

На рис. 2 показано измерение DMA материала WPC (древесно-полимерный компаунд) при трехточечном изгибе с длиной свободного изгиба 50 мм. Материалы WPC состоят частично из пластика (в данном случае ПВХ) и частично из возобновляемого ресурса - древесины. Типичным применением ДПК являются доски для настила.

Рисунок 2: Измерение DMA на ДПК при трехточечном изгибе

При температуре 15°C модуль упругости E' материала составляет 8,1 ГПа, что является относительно жестким показателем. С повышением температуры значение почти линейно уменьшается до примерно 6,2 ГПа при 65°C. При стекловании при температуре около 78°C полимерные цепи аморфных областей полимера могут двигаться друг относительно друга, и материал быстро теряет жесткость. После стеклования модуль упругости E' составляет всего 302 МПа при 120°C.

Предположим, что в соответствии со спецификацией испытаний или реальной стрессовой ситуацией материал должен быть измерен в режиме растяжения с амплитудой деформации 0,1% (максимальная полная деформация: 0,21%). Для модуля упругости примерно 8,1 ГПа при 15 °C для определения характеристик материала в диапазоне нагрузок до 10 Н потребуется сечение площадью не более 1,23 мм². Помимо практически невозможной подготовки такого образца, невозможно обеспечить однородность материала, что особенно важно для получения представительных результатов измерений в наполненных материалах.

Согласно рис. 1, материал можно без проблем измерить с помощью образца с площадью поперечного сечения 3 мм² в приборе с динамической силой 25 Н. largeДля образцов с еще более крупным сечением, например 10 мм², потребуется прибор с усилием около 80 Н.

NETZSCH Приборы DMA для ваших особых потребностей

Часто требуется стандартизированная характеристика материала, которая обеспечивает единые условия испытаний и, следовательно, сопоставимость результатов в разных учреждениях. Например, эластомерные и резиновые материалы обычно испытываются в режиме сжатия с образцом высотой 10 мм и диаметром 10 мм в соответствии с DIN 53513[1]. Ниже температуры стеклования эти группы материалов имеют модуль упругости до 4 ГПа в ненаполненном состоянии и часто более 8 ГПа в наполненном. Соответственно, для испытания материалов требуются высокосиловые системы (см. также рис. 1).

Selectвыбор устройства DMA и диапазона его силы также зависит от эффекта, который необходимо охарактеризовать. Для типичных явлений в резине, таких как эффект Пейна или Маллинза, требуются определенные уровни деформации, которые могут быть достигнуты только в приборах с достаточно большим усилием.

Если вам необходимо измерить мягкие эластомеры, ненаполненные или наполненные термопласты и термореактивные материалы, а также металлы и керамику при изгибе, растяжении, сдвиге или сжатии, NETZSCH Analyzing & Testing предлагает приборы DMA, специально разработанные в соответствии с вашими требованиями. Наши приборы рассчитаны на нагрузки, соответствующие вашему конкретному применению.

^[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}

Здесь представлены наши продукты DMA:

Другие статьи блога, связанные с DMA:

Поделитесь этой статьей: