Hur vatten påverkar de mekaniska egenskaperna hos polymerer

Låt oss först ta upp frågan om varför vatten är ett problem för en detalj tillverkad av termoplaster. I läroböckerna beskrivs att vattenupptaget för vissa typer av polyamid (PA) är mycket högt i både 50% relativ luftfuktighet och i vatten. Detta i sig skulle inte vara något problem, men vattenupptaget leder till mycket olika egenskaper hos materialen. Exempelvis minskar modulen hos polyamid (PA) med upp till 66% i fuktig atmosfär. Det är därför viktigt att känna till hur mycket styvheten i ett termoplastiskt material minskar när man konstruerar polymerdelar. Hur kan dynamisk mekanisk analys (DMA) hjälpa till med den här frågan?

DMA i teorin

I denna metod appliceras en sinusformad kraft (StressSpänning definieras som en kraftnivå som appliceras på ett prov med ett väldefinierat tvärsnitt. (Spänning = kraft/area). Prover med cirkulärt eller rektangulärt tvärsnitt kan komprimeras eller sträckas. Elastiska material som gummi kan sträckas upp till 5 till 10 gånger sin ursprungliga längd.stress) på provet som input. Detta resulterar i en sinusformad deformation (töjning) som utdata. Från båda parametrarna kan modulen beräknas, vilket avser materialets styvhet. Men vi kan ta reda på ännu mer om materialet med hjälp av en DMA-mätning! Låt oss ta ett exempel med en man som har en boll i handen. Han tappar bollen på golvet, men bollen kommer inte tillbaka till den ursprungliga höjden på mannens hand. Detta illustrerar att materialet utövar olika beteenden. Den lagrade energi som finns kvar i bollen för att den ska komma upp från marken igen är relaterad till lagringsmodulen E´. Den saknade höjden som bollen inte hoppar upp är relaterad till den avledda energin som är förknippad med förlustmodulen (E"). I slutändan får vi också information om materialets dämpningsbeteende.

I de följande exemplen hänvisas det oftast till lagringsmodulen, eftersom denna parameter är närmast relaterad till materialets styvhet och därmed viktigast vid konstruktionen av en polymerdel.

Exempel 1: Polyamid 6 under fuktig atmosfär

Mätningen utfördes med en DMA 242 E Artemis kombinerad med en fuktighetsgenerator.en relativ luftfuktighet appliceras i ugnen, vilket möjliggör mätning av de dynamiska mekaniska egenskaperna hos ett material under luftfuktighet. Ett PA 6-prov mättes vid en frekvens på 1 Hz och en temperatur på 40°C i dragläge. Den relativa luftfuktigheten ökades stegvis från 0% till 75% över tiden. Materialets styvhet (som beskrivs av lagringsmodulen E') mättes i dessa steg med relativ luftfuktighet. Det syns tydligt att materialets styvhet minskar med ökad relativ fuktighet. Vid 50 % relativ luftfuktighet minskade lagringsmodulen med cirka 74 %.

Exempel 2: Polyuretan i ett doppbad

I det här exemplet var DMA 242 E Artemis utrustad med ett nedsänkningsbad, som är en behållare av stål som kan appliceras på provhållaren. Den kan användas för alla provhållare och deformationslägen hos DMA 242 E Artemis. Polyuretan (PU) mättes vid flera frekvenser, vid en temperatur på 25°C och i spänningsläge. I figur 3 syns det tydligt vid vilken tidpunkt vattnet tillsattes i behållaren. Det sker en minskning av lagringsmodulen under den tid som vattnet var i kontakt med materialet. Minskningen är signifikant och uppgår till ca 17%.

Man måste ta hänsyn till hur material påverkas av fukt eller vätskor när man konstruerar polymerdelar för olika tillämpningar. Om en del konstrueras med materialets ursprungliga styvhet kommer delen sannolikt att gå sönder i sin användningsmiljö. Detta kan undvikas genom att testa de dynamiska mekaniska egenskaperna under driftsförhållanden med hjälp av dynamisk mekanisk analys. Läs mer om DMA 242 E Artemishär. Visste du att? Vattenupptagning leder ofta till att dimensionerna på en detalj ändras. TMA utrustad med en fuktighetsgenerator kan hjälpa till att bedöma längdförändringen i en fuktig atmosfär. Följ oss på LinkedIn för att inte missa artikeln!