23.03.2023 by Martin Rosenschon
Neden Yüksek ve Düşük Güçlü DMA'lara İhtiyacınız Var?
Dinamik mekanik analiz (DMA), sıcaklık ve yük frekansının bir fonksiyonu olarak bir malzemenin elastik ve viskoz davranışı hakkında bilgi sağlayan bir yöntemdir. Bir test numunesi tanımlanmış, salınımlı bir yüke maruz bırakılır ve ortaya çıkan deformasyon ölçülür.
Dinamik Mekanik Analizörler (DMA'lar), tipik olarak tek ila orta çift haneli newton aralığında dinamik kuvvetler üreten düşük kuvvetli cihazlar ve birkaç kilonewtona kadar dinamik yük uygulayabilen yüksek kuvvetli sistemler olarak sınıflandırılabilir. Dinamik kuvvete ek olarak, DMA'lar genellikle numune üzerinde statik bir yük oluşturabilir.
Bir sistemin maksimum kuvveti, test modunu (örneğin, çekme, bükme veya kesme) ve belirli bir malzemenin karakterize edilebileceği suşları belirler. Depolama modülü E' bu bağlamda sınırlayıcı malzeme özelliğidir. Belirli bir gerinimdeki bir ölçüm sırasında malzemede gerçekleşen gerilmeleri tanımlar. Ortaya çıkan kuvvet, test numunesinin geometrisi tarafından belirlenir.
Şekil 1'de selected geometrileri ve farklı depolama modülü değerleri ile 3 nokta eğme, çekme ve basma test modları arasında ilgili yük gereksinimleri açısından bir karşılaştırma gösterilmektedir. 0,1'lik bir dinamik gerinim varsayılmıştır (50 mm'lik bir bükme uzunluğuna sahip 3 noktalı bükme hariç). Ulaşılan maksimum gerinim, statik yükün dinamik yüke oranını tanımlayan 1,1'lik bir kuvvet faktörüne dayanmaktadır. Gösterilen tüm test modları, dinamik kuvvete ek olarak statik bir kuvvet gerektirir. Bu, üst aletin numune ile temas halinde kalmasına (bükme ve sıkıştırma) ve numunenin burkulmasını (gerilim) önlemeye yardımcı olur.
Şeklin olasılıkların sadece bir bölümünü gösterdiği unutulmamalıdır. Numune geometrisini azaltarak veya gerinim genliğini azaltarak, ölçülebilir modül spektrumu genellikle genişletilebilir. Bununla birlikte, üretilebilir ve temsili test numuneleri her zaman dikkate alınmalıdır.
Neredeyse Tüm Malzemeler Karakterize Edilebilir!
Numune geometrisi ve numune tutucu gibi uygun test parametreleri kullanılarak, neredeyse tüm malzemeler düşük kuvvetli sistemlerde karakterize edilebilir. Depolama modülü değerleri yaklaşık 70 GPa, 210 GPa ve daha fazla olan alüminyum, çelik veya seramik gibi malzemeler bile 3 noktalı bükmede 10 N'a kadar dinamik kuvvetlerle test edilebilir (bkz. Şekil 1: l: 50 mm, b: 6 mm, h: 1 mm, dyn. StrainGerinim, harici bir kuvvet veya stres tarafından mekanik olarak yüklenen bir malzemenin deformasyonunu tanımlar. Kauçuk bileşikleri, statik bir yük uygulandığında sünme özelliği gösterir.strain: %0,05). Bu tür malzemeleri sıkıştırma veya gerilimde analiz etmek için yüksek yük sistemleri (500 N ve daha fazla) gereklidir, tabii ki numunenin doğru bir şekilde kenetlenmesi sağlanmalıdır.
Bir sistemin ve ölçüm düzeneğinin seçimi, incelenecek sıcaklık aralığına ve visko-elastik özelliklerin ilgili gelişimine de bağlıdır. Bu nedenle, tanımlanmış bir ölçüm düzeneğinde malzemelerin karakterizasyonu genellikle belirli bir sıcaklıkta mümkündür. Ancak, sıcaklık aralığı değişirse ve mekanik özellikler selected kurulumunun tespit edilen aralığının dışına kayarsa, analiz artık gerçekleştirilemez.
Şekil 2, 50 mm serbest bükme uzunluğuna sahip 3 noktalı bükmede bir WPC malzemesi (Ahşap Polimer Bileşiği) üzerinde bir DMA ölçümünü göstermektedir. WPC malzemeleri kısmen plastikten (bu durumda PVC) ve kısmen de yenilenebilir kaynak ahşaptan oluşur. WPC'nin tipik bir uygulaması zemin kaplama levhalarıdır.
15°C sıcaklıkta, malzeme 8,1 GPa Elastikiyet ve Elastikiyet ModülüKauçuk esnekliği veya entropi esnekliği, herhangi bir kauçuk veya elastomer sistemin dışarıdan uygulanan bir deformasyon veya gerilmeye karşı direncini tanımlar. depolama modülüne sahiptir ve bu nispeten sert bir değerdir. Sıcaklık arttıkça, değer neredeyse doğrusal olarak 65°C'de yaklaşık 6,2 GPa'ya düşer. Yaklaşık 78°C'deki camsı geçişte, polimerin amorf bölgelerinin polimer zincirleri birbirlerine karşı hareket edebilir ve malzeme hızla sertliğini kaybeder. Camsı geçişten sonra, E' depolama modülü 120°C'de sadece 302 MPa'dır.
Bir test spesifikasyonu veya gerçekçi bir gerilme durumu nedeniyle, malzemenin %0,1'lik bir gerilme genliği ile gerilme modunda ölçülmesi gerektiğini varsayalım (maksimum toplam deformasyon: %0,21). 15°C'de yaklaşık 8,1 GPa'lık bir depolama modülü için, malzemeyi 10 N'a kadar yük aralığında karakterize etmek için maksimum 1,23 mm²'lik bir kesit gerekecektir. Böyle bir numunenin hazırlanmasının neredeyse imkansız olmasının yanı sıra, malzemenin homojenliği sağlanamaz, bu da dolgulu malzemelerde temsili ölçüm sonuçları için özellikle önemlidir.
Şekil 1'e göre, malzeme 25N dinamik kuvvete sahip bir cihazda 3 mm² kesit alanına sahip bir numune kullanılarak sorunsuz bir şekilde ölçülebilir. Daha da larger kesitli numuneler, örneğin 10 mm², yaklaşık 80 N'luk bir cihaz gerektirecektir.
NETZSCH Özel İhtiyaçlarınız için DMA Enstrümanları
Genellikle, bir malzemenin standartlaştırılmış bir karakterizasyonu gereklidir, bu da tutarlı test koşulları ve dolayısıyla farklı kurumlar arasında sonuçların karşılaştırılabilirliğini sağlar. Örneğin, elastomer ve kauçuk malzemeler genellikle DIN 53513'e göre 10 mm yüksekliğinde ve 10 mm çapında bir numune ile sıkıştırma modunda test edilir[1]. Cam geçiş sıcaklığının altında, bu malzeme grupları doldurulmamış durumda 4 GPa'ya kadar, doldurulduğunda genellikle 8 GPa'nın üzerinde bir Elastikiyet ve Elastikiyet ModülüKauçuk esnekliği veya entropi esnekliği, herhangi bir kauçuk veya elastomer sistemin dışarıdan uygulanan bir deformasyon veya gerilmeye karşı direncini tanımlar. depolama modülüne sahiptir. Buna bağlı olarak malzeme testleri yüksek güçlü sistemler gerektirir (ayrıca bkz. Şekil 1).
Selectbir DMA cihazının iyonu ve kuvvet aralığı da karakterize edilecek etkiye bağlıdır. Payne veya Mullins etkisi gibi tipik kauçuk olayları için, yalnızca yeterli maksimum kuvvete sahip cihazlarda elde edilebilen belirli gerinim seviyeleri gereklidir.
Yumuşak elastomerler, dolgusuz veya dolgulu termoplastikler ve termosetlerden metallere ve seramiklere kadar eğilme, gerilme, kesme veya sıkıştırmada ölçüm yapmak istediğinizde, NETZSCH Analyzing & Testing, gereksinimlerinize özel olarak uyarlanmış DMA cihazları sunar. Ürünlerimiz, özel uygulamanıza karşılık gelen yükler için tasarlanmıştır.
[1] DIN 53513:1990-03: Kautschuk ve Elastomeren Prüfung; Bestimmung der visko-elastischen Eigenschaften von Elastomeren bei erzwungenen Schwingungen außerhalb der Resonanz. Berlin: Beuth-Verlag 1990
