19.01.2023 by Martin Rosenschon
Termal Analiz Dinamik de Olabilir
Dinamik-Mekanik Analiz Kullanılarak Visko-Elastik Malzeme Özelliklerinin Karakterizasyonu
Bir ürün veya bileşenin tasarım sürecinde, kullanılan malzemelerin sıcaklığa bağlı özelliklerinin bilinmesi merkezi bir öneme sahiptir. Örneğin kış lastikleri, soğuk sıcaklıklar için özel olarak uyarlanmış kauçuk karışımlarından oluşur. Bu, optimum yol tutuşun yanı sıra aşınma özellikleri ve dolayısıyla güvenli sürüş sağlar.
Dinamik mekanik analiz (kısaltması: 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. Depolama modülü E', kayıp modülü E'' ve sönümleme faktörü tan δ parametreleri, uygulanan gerilim σ, ortaya çıkan gerinim ε ve bunların ofseti δ'dan belirlenebilir (bkz. Şekil 1). Depolama modülü E' elastik tersinir (yay benzeri) davranışı temsil eder ve kayıp modülü E' viskoz bileşeni veya aynı zamanda enerji dağılımını temsil eder. Her iki parametrenin kombinasyonu, sönümleme özelliklerini tanımlayan tan δ'da yansıtılır.
Farklı numune tutucular, aksesuarlar ve ölçüm yöntemleri kullanılarak, DMA ile sıvı veya viskoz ortamlardan yumuşak elastomerlere, dolgusuz ve fiber takviyeli plastiklerden metallere ve seramiklere kadar hemen hemen her malzeme ölçülebilir.
Malzemeye, sıcaklığa ve yüke bağlı olarak viskoelastik özelliklerin karakteristikleri büyük ölçüde değişir. Oda sıcaklığında ve düşük deformasyonlarda, metaller ve alaşımları genellikle tamamen elastiktir, polimerler ise çoğunlukla viskozite ve elastikiyetin karışık bir davranışını gösterir. Polimerler ayrıca cam geçiş sıcaklığı olarak adlandırılan bir sıcaklığa sahiptir. Düşük sıcaklıklarda, nispeten sert ve kırılgandırlar: adından da anlaşılacağı gibi, cam gibidirler. Camsı geçişte, amorf polimer zincirleri birbirlerine doğru hareket edebilir ve viskoz kısım artar. Bundan sonra, malzeme entropi-elastik durumdadır ve - malzemeye bağlı olarak - nispeten yumuşaktır. Mekanik özelliklerdeki doğrudan değişime dayanarak, camsı geçiş dinamik mekanik analiz yoluyla net bir şekilde tanımlanabilir. DMA'ya ek olarak, ısı kapasitesinde ortaya çıkan değişime dayalı olarak diferansiyel taramalı kalorimetri (kısaltılmış: DSC) kullanılarak da belirlenebilir.
Bununla birlikte, DMA bu konuda çok daha hassas bir yöntemdir ve çok az termal değişiklik içeren veya hiç içermeyen etkilerin çözümlenmesine olanak tanır. Şekil 2, Teflon® markasıyla da bilinen politetrafloroetilenden (PTFE) yapılmış bir numunenin DSC (kırmızı, 10 K/dak) ve DMA (siyah, 1 Hz, 2 K/dak) kullanılarak ölçümünü göstermektedir. PTFE kullanımının en iyi bilinen örneği, yüksek termal ve kimyasal direncinden dolayı tavalar için yapışmaz kaplamadır. Bununla birlikte, tıbbi uygulamalarda veya rulmanlar gibi tribolojik sistemlerde de sıklıkla kullanılmaktadır.
DMA ölçümünde üç etki görülebilir. 123°C'de (E' başlangıcı), malzeme amorf bölgelere atfedilebilen E' Elastikiyet ve Elastikiyet ModülüKauçuk esnekliği veya entropi esnekliği, herhangi bir kauçuk veya elastomer sistemin dışarıdan uygulanan bir deformasyon veya gerilmeye karşı direncini tanımlar. depolama modülünde (düz çizgi) bir Cam Geçiş SıcaklığıCamsı geçiş, inorganik camlar, amorf metaller, polimerler, farmasötikler ve gıda bileşenleri gibi amorf ve yarı kristal malzemelerin en önemli özelliklerinden biridir ve malzemelerin mekanik özelliklerinin sert ve kırılganlıktan daha yumuşak, deforme olabilir veya kauçuksu hale dönüştüğü sıcaklık bölgesini tanımlar.cam geçişi gösterir. 20°C ve 40°C arasında, PTFE iki yakın aralıklı katı-katı dönüşümüne sahiptir. DMA ölçümünde - test parametrelerine bağlı olarak - 29°C'de bir etki görülebilir (başlangıç E'). DSC eğrisinde (kırmızı), her iki dönüşüm de yaklaşık 21°C ve 31°C'deki pik sıcaklıklarla tanımlanabilir. Ayrıca, DMA eğrisinde 113°C'de (başlangıç E') bir Cam Geçiş SıcaklığıCamsı geçiş, inorganik camlar, amorf metaller, polimerler, farmasötikler ve gıda bileşenleri gibi amorf ve yarı kristal malzemelerin en önemli özelliklerinden biridir ve malzemelerin mekanik özelliklerinin sert ve kırılganlıktan daha yumuşak, deforme olabilir veya kauçuksu hale dönüştüğü sıcaklık bölgesini tanımlar.cam geçişi meydana gelir. Katı-katı dönüşümleri DSC ile açıkça gösterilebilirken, bu durumda camsı geçiş sıcaklıkları bu yöntem kullanılarak kaydedilemez. Düşük ısı akışları nedeniyle, bunlar yalnızca DMA kullanılarak ölçülebilir. Cam Geçiş SıcaklığıCamsı geçiş, inorganik camlar, amorf metaller, polimerler, farmasötikler ve gıda bileşenleri gibi amorf ve yarı kristal malzemelerin en önemli özelliklerinden biridir ve malzemelerin mekanik özelliklerinin sert ve kırılganlıktan daha yumuşak, deforme olabilir veya kauçuksu hale dönüştüğü sıcaklık bölgesini tanımlar.Cam geçişleri malzemenin amorf kısmından kaynaklandığından, diferansiyel taramalı kalorimetri kullanılarak ölçülmeleri, özellikle yüksek kristalli malzemeler için genellikle zordur ve DMA kullanımını gerektirir.
İster yüksek mukavemetli ister yumuşak malzemeler, yüksek veya düşük yükler olsun, NETZSCH uygulamanız için doğru DMA sistemini sunar - çift haneli Newton aralığında dinamik kuvvetler sağlayan masa üstü cihazlardan başlayarak 1,5 kN'ye kadar yüklere sahip yüksek kuvvetli sistemlere kadar. Cihaza ve kuruluma bağlı olarak, ölçümler -160°C'den 1500°C'ye kadar 0,0001 ila 200 Hz frekans aralıklarında gerçekleştirilebilir.
Dinamik mekanik analiz uygulaması large çok sayıda soruya cevap verebilir. Sonuçlar, kış lastikleri örneğinde olduğu gibi, belirli çalışma sıcaklıkları ve yük durumları için selected mümkün olan en iyi malzemelerin seçilmesini sağlar. Frekans bağımlılığı da dahil edilerek, malzemeler insan işitme aralığındaki ses yalıtımları açısından da değerlendirilebilir. Karşılaştırmalı ölçümler, cam elyafı, katkı maddeleri ve plastikleştiriciler gibi dolgu maddelerinin polimerler üzerindeki etkisini değerlendirmek için kullanılabilir ve tarifler türetilebilir. Viskoelastik malzeme özellikleri temelinde, bir reçinenin işleme sırasında tamamen sertleşip sertleşmediği gibi işlem parametreleri de analiz edilebilir.
Ayrıca, uygun aksesuarlarla nemin malzeme üzerindeki etkisi gözlemlenebilir veya malzemenin sıvı ortamla (örneğin yağ veya çözücüler) reaksiyonu incelenebilir. Bu amaçla, DMA sistemleri için nem jeneratörleri veya daldırma banyoları mevcuttur.
Bu, DMA ölçümlerinin birçok olası kullanımından yalnızca birkaçıdır. DMA cihazları genellikle gevşeme, SürünmeSünme, sabit bir kuvvet altında zamana ve sıcaklığa bağlı plastik deformasyonu tanımlar. Bir kauçuk bileşiğine sabit bir kuvvet uygulandığında, kuvvetin uygulanması nedeniyle elde edilen ilk deformasyon sabit değildir. Deformasyon zamanla artacaktır.sürünme ölçümleri ve çok daha fazlası gibi diğer ölçüm modlarına sahiptir ve bu da uygulama alanını genişletir.
Önümüzdeki birkaç hafta içinde, NETZSCH DMA cihazları ile farklı uygulama alanlarında kaydedilen çok çeşitli uygulama örneklerini sizlere tanıtmak ve gelecekteki görevleriniz ve zorluklarınız için size ilham vermek istiyoruz. Bizi izlemeye devam edin!
