24.01.2023 by Rüdiger Sehling
Nya möjligheter med NETZSCH DMA Calculator
Om inverkan av den ingående provgeometrin på elasticitetsmodulen i böjläge-Nya möjligheter med NETZSCH DMA Calculator
Dynamisk mekanisk analys (förkortat: DMA) är en metod som ger information om ett materials elastiska och viskösa beteende som en funktion av temperatur, tid och belastningsfrekvens.
Böjningsuppställningen är den vanligaste mättypen för DMA-system. I den här uppställningen kan mycket styva och hårda prover (t.ex. metaller, fiberförstärkta och högfyllda härdplaster) samt termoplaster mätas. I t.ex. 3-punktsböjningsläget placeras ett prov på höger och vänster stöd i ett fritt läge utan fastspänning. Tryckstången applicerar den oscillerande belastningen uppifrån. Denna uppställning gör det möjligt att mäta modulvärdena med mycket hög precision.
Generellt sett är det viktigt att ha exakt definierade provkroppsgeometrier eftersom även small toleranser genererar betydande skillnader i modulvärdena, särskilt för tunna prover. I böjningsläge (3-punktsböjning och dubbel eller enkel utskjutning) inkluderas den angivna provtjockleken itredje potensen i beräkningen av modulen. Detta innebär att planparallella ytor är mycket viktiga för att kunna mäta tillförlitliga modulvärden. Om detta inte är fallet beror skillnaderna i modul på endast något olika provkroppsgeometrier. Speciellt för tunna provremsor kan skillnader i tjocklek ofta mätas. I figur 2 visar exemplet med en PTFE-remsa att tjockleken varierar från 1,06 mm till 1,3 mm.
I figur 3 visas DMA-mätresultaten för PFTE-remsan i ett temperaturområde från -70°C till 100°C. För att visa inverkan av olika provgeometrier användes för detförsta testet (svart kurva) en provtjocklek på 1,3 mm och för detandra testet ett tjockleksvärde på 1,06 mm. När man jämför de två mätningarna kan man se att de uppmätta modulvärdena avviker kraftigt från varandra över hela temperaturområdet (med ca 84%, utvärderat t.ex. vid -20°C).
DMA-kalkylatorn visar resultaten snabbt
Denna påverkan av provkroppens tjocklek kan också enkelt demonstreras med DMA-kalkylatorn (ingår i programvaran NETZSCH Proteus® programvara), med vilken modul-, deformations- och kraftvärden kan beräknas. För beräkning av modulvärdena är det i allmänhet nödvändigt att känna till värdet för den dynamiska kraften och även för den dynamiska amplituden. Utifrån dessa två värden beräknas materialets styvhet, som sedan multipliceras med en geometrisk faktor för att beräkna modulen. Värdena för den dynamiska kraften och den dynamiska amplituden kan enkelt utvärderas i Proteus® programvaran. I figur 4 visas dessutom signalerna för den dynamiska kraften IFsI och den dynamiska amplituden IAsI för den PTFE-provkropp som mätts. Man kan se att värdena för den dynamiska kraften och den dynamiska amplituden är nästan identiska för de två mätningarna (svart och brunt), vilket också visar den höga reproducerbarheten hos NETZSCH DMA. Detta innebär att det uppmätta modulvärdet endast beror på den inmatade geometrin. Dessa utvärderade värden för den dynamiska kraften IFsI och den dynamiska amplituden IAsI kan nu användas för DMA-kalkylatorn för att kontrollera inverkan av något olika värden i de angivna provgeometrierna.
DMA-kalkylator - Hur man använder detta verktyg för att kontrollera hur olika inmatade provtjocklekar påverkar den beräknade modulen, demonstrerat med exemplet PTFE:
Specificerad provtjocklek: 1,3 mm
På samma provkropp ändrades endast provets tjocklek från 1,3 mm till 1,06 mm för att se påverkan:
DMA-kalkylator - massor av fördelar
Med hjälp av DMA-kalkylatorn kan man snabbt visa att skillnader i provtjocklek ger betydande skillnader i modulvärdet (här 1493 MPa till 2754 MPa -> ca 84% avvikelse vid -20°C). Detta exempel visar återigen att skillnader i den uppmätta modulen E' kan bero på något olika bestämda provtjocklekar även om provmaterialet är identiskt. För att uppskatta och visa detta inflytande kan man helt enkelt använda DMA-kalkylatorn. Det är alltså inte längre nödvändigt att utföra flera DMA-mätningar för att påvisa detta inflytande. Som framgår av exemplet kan toleransintervallet för modulvärdet nu enkelt uppskattas för varje enskild mätning.
En ytterligare fördel är att DMA-kalkylatorn kan användas för alla typer av DMA-mätningar: 3-punktsböjning, enkel/dubbel utkragning, drag, tryck, penetration eller skjuvning. Med denna DMA-kalkylator är det dessutom möjligt att i förväg beräkna krafter och amplituder för ett visst material för att hitta en lämplig mätuppställning och lämpliga provgeometrier.
DMA-kalkylatorn är ett flexibelt och unikt verktyg för snabb beräkning av alla relevanta DMA-mätvärden, vilket både underlättar tolkningen av resultaten och gör det lättare att hitta den bästa mätuppställningen för respektive material.
