Het Testen van Nanomechanical van Polymere Materialen die het Systeem Nanotest met behulp van - de Nota van de Toepassing door Micro- Materialen

 

Besproken Onderwerpen

Inleiding
Het Voordeel NanoTest voor het Testen van het Polymeer
Het Vermogen van NanoTest
Stabiliteit bij Op Hoge Temperatuur
Het Opgeheven Testen van Nanoindentation van de Temperatuur
Hoge Snelheid, Hoge Nauwkeurigheid
Het Dynamische Mechanische Testen van de Naleving
Vloeibare Cel
Het Testen aan het Hoge Tarief van de Spanning
Nano-kras en het Testen Nanowear
Specificaties
Testen het op hoge temperatuur
De Dynamische Testende Module van de Naleving
Het Vloeibare Pakket van de Cel
Het Hoge Tarief van de Spanning: Het Testen van het nano-effect
Nano-Scratch/Nanowear het Testen
Erkenning

Inleiding

De Thermische stabiliteit van het het testen instrument is zeer belangrijk aan zinvolle metingen van de viscoelastic eigenschappen van time-dependent materialen. Bij kamertemperatuur is de thermische afwijking van NanoTest zeer laag, typisch een grootteorde minder dan een andere commerciële systemen.

Het Voordeel NanoTest voor het Testen van het Polymeer

NanoTest biedt de volgende voordelen voor polymeer het testen aan

  • Hoogste resolutiemetingen
  • Flexibiliteit van ontwerp en thermische stabiliteit
  • Minimale thermische afwijking zelfs bij opgeheven temperaturen
  • De Ultrahoge tests van het spanningstarief
  • Tests in vloeibare omgeving

Het Vermogen van NanoTest

De Mogelijkheden van NanoTest omvatten:

  • Viscoelastic eigenschappen
  • Nanotribology
  • Opgeheven temperatuurnanoindentation
  • Het Testen in vloeibare omgeving
  • Het Ultrahoge spanningstarief testen
  • Ultra-low ladingstests
  • De moeheid van de nano-Schaal het testen

Stabiliteit bij Op Hoge Temperatuur

Het Opgeheven Testen van Nanoindentation van de Temperatuur

Het voordeel NanoTest wordt meer uitgesproken wanneer het testen bij opgeheven temperaturen. Dit is toe te schrijven aan het unieke ontwerp voor opgeheven temperatuur die die zich bij het afzonderlijke verwarmen (en de actieve temperatuurcontrole) testen baseert van zowel sonde als steekproef die geen hittestroom verzekeren komt tijdens het inkepingsproces voor.

NanoTest is uniek in dit isothermische contact. Aangezien geen significante thermische afwijking tijdens opgeheven temperatuurmetingen voorkomt wordt het mogelijk om lang-duurtests uit te voeren - zoals de tests van het inkepingskruipen - bij opgeheven temperaturen en waar te nemen hoe de eigenschappen van polymere materialen veranderen aangezien zij door de temperatuur van de glasovergang gaan. Dit kan in een volledig geautomatiseerde procedure bij een meer lokale schaal en aangaande dunnere films dan door andere methodes zoals DMA worden gedaan.

De gelokaliseerde benadering laat het snellere verwarmen/het koelen dan door de volledige steekproefkamer te verwarmen toe, en de zo thermische geschiedenis/herkristallisatieprocessen kunnen nu in detail bij nanoscale worden bestudeerd.

Figuur 1. Schema van heet stadium NanoTest die afzonderlijke uiteinde en steekproefverwarmers, cijferhoffelijkheid tonen van AJ Muir Hout, Universiteit van Cambridge

Als voorbeeld, is het NanoTest opgeheven temperatuur testende vermogen gebruikt om de variatie in mechanische eigenschappen met temperatuur van een waaier van de films van het HUISDIER met verschillende verwerkingsgeschiedenis en kristalliniteit te bepalen. Figuur 2 toont het gedrag van een amorfe (geplaatste niet-hitte) steekproef.

Figuur 2. De variatie in (verlaten) nanoindentationgedrag en (hierboven) kruipennaleving van testtemperatuur over waaier 60-110 ¡ ãC voor een amorfe dunne film van het HUISDIER

De nanomechanical eigenschappen van de film bij 60°C waren vrijwel het zelfde als bij kamertemperatuur. Boven 60°C werden de duidelijke veranderingen in inkepingsreactie waargenomen. Een scherpe daling van mechanische eigenschappen werd gezien tussen 70°C en 80°C verenigbaar met de aanwezigheid van een glasovergang over dit temperatuurgamma in overeenstemming met literatuurwaarden voor bulkmaterialen. Een verdere verhoging van time-dependent misvorming en de daling in stijfheid kwamen bij het verhogen van de temperatuur tot 90°C. voor. Bij 110°C werd een dramatische verbetering van mechanische eigenschappen waargenomen verenigbaar met koude herkristallisatie.

Hoge Snelheid, Hoge Nauwkeurigheid

Het Combinatorische testen snel wordt een populaire nieuwe route naar het produceren van nieuwe materialen met interessante en onverwachte eigenschappen. Eerder dan het proberen aan ingenieurs perfecte materialen, in een combinatorische benadering, worden vele honderden of meer gemaakt bij kleinschalig.

De Wetenschappers bij MIT hebben NanoTest gebruikt om de eigenschappen van polymere materialen te testen waar elk materiaal een verschillende combinatie van 2 verschillende monomeren had. Binnen 24 uren na het geautomatiseerde testen (in één enkele ononderbroken looppas) zij hadden gegevens over elk polymeer in een 576 elementenserie en konden de gevolgen van % van elk monomeer op de eigenschappen van het materiaal in kaart brengen. Deze geautomatiseerde analyse van een grote bibliotheek van op acrylate-gebaseerde materialen toonde een waaier van mechanische eigenschappen aan die door samenstelling op onverwachte manieren worden beïnvloed.

De auteurs merkten op dat het ontbreken van piezocrystal aandrijving in de ladingsframe aandrijving (heden in een andere nanoindentationsystemen) in de hoogst stabiele frame naleving en ladings/verplaatsings noodzakelijke signalen resulteerde.

Het Dynamische Mechanische Testen van de Naleving

De NanoTest dynamische nalevings testende module omvat slot-binnen een versterker en steekproefschommelingssysteem om te trillen en een steekproef de naleving toe te laten om doorlopend worden gemeten. Het kan als nanoscaleanalogon van dynamische mechanische analyse worden gedacht (DMA). Na het verzamelen van de ruwe gegevens van de fasehoek met sferische of piramidale indenters, wordt het geanalyseerd met een 4 elementen lineair viscoelastic model om verlies en opslagmodulus, inkepings complexe modulus en tan delta te bepalen die van energiebevochtiging in de oppervlakte/dichtbij oppervlakte van het materiaal indicatief zijn. Het voorbeeld toont hieronder een uitstekende pasvorm van het model aan experimentele gegevens over een epoxysteekproef. Een waarde voor tan delta van 0.017 werd bepaald in goede overeenkomst met de bulkwaarden van DMA.

Figuur 3. De Variatie in fasesignaal met inkepingsdiepte voor drie herhaalt tests aangaande een epoxysteekproef. De reproduceerbaarheid van de gegevens en zijn pasvorm aan het 4 elementen lineaire viscoelastic model dat in de analyse wordt gebruikt is goed en veroorzaakt een waarde van tan delta van 0.017.

Vloeibare Cel

De mechanische eigenschappen van biologische en polymere steekproeven variëren vaak aanzienlijk wanneer in een vloeibaar milieu in vergelijking met de gebruikelijke droge testende voorwaarden. Als wij wensen om hun eigenschappen en gedrag in vloeibare media te begrijpen is het daarom hoogst wenselijk in deze omstandigheden eerder dan testen proberen om van metingen op droge (of 50% te concluderen relatieve vochtigheid) steekproeven. Om aan deze behoefte te voldoen, is het testende vermogen van NanoTest uitgebreid door de ontwikkeling die van een vloeibare cel nanoindentation, nano-kras en het nanowear testen van steekproeven toestaan die volledig in vloeistoffen worden ondergedompeld.

Bijvoorbeeld, kan het nylon (PA6) door 7-9% bij verzadiging zwellen. De vloeibare cel NanoTest is gebruikt om te onderzoeken hoe zijn nanomechanical eigenschappen (hoofdzakelijk elastische modulus en kruipennaleving) door het testmiddel worden beïnvloed. Typische inkepingskrommen voor laag - de moleculegewichtPA6 steekproef wordt getoond voor droog (~50% relatieve vochtigheid) en nadat de onderdompeling in gedeioniseerd water voor verscheidene uren in figuur 4 wordt getoond. Er is een daling van elastische modulus van ongeveer 67% na 24 urenonderdompeling (figuur 5).

Figuur 4. De Typische nanoindentationkrommen drogen en nat voor laag MW PA6 gebruikend een indenter Berkovich lading bij 0.2 mN/s aan een pieklading van Mn 5. De periodes van de Holding bij pieklading en 90% die staan onderzoek van viscoelastic reactie toe leegmaken.

Figuur 5. Effect van testmilieu op elastische modulus van PA6 na >24 uonderdompeling.

Het Testen aan het Hoge Tarief van de Spanning

De Materialen tonen verschillen in mechanisch gedrag aan hoge en lage spanningstarieven. NanoTest is uniek onder inkepingssystemen in het hebben van de (beschermd octrooi) capaciteit om de ultrasnelle, hoge inkepingen van het spanningstarief te veroorzaken en kan aan studie materieel gedrag aan spanningstarieven ver meer dan die op een ander instrument worden gebruikt.

Dit is mogelijke toe te schrijven aan de slingermeetkunde die toelaat dat de sonde worden versneld om hoge energieeffecten in een fractie van een seconde te veroorzaken. Met de hulp van een snel systeem DAQ (tot Herz mogelijke 500000) al sonde wordt het verplaatsing-tijd gegeven gevangen en kan worden geanalyseerd om dynamische hardheid en viscoelastic bezitsinformatie te produceren. De Dynamische hardheid wordt gedefinieerd (na Tabor) als energie per eenheidsvolume en heeft eenheden van druk enkel als conventionele hardheid.

Als voorbeeld wordt het gedrag van de hoog-spanningsinkeping van commerciële polyethyleen [LDPE], polycarbonaat [PC] en polytetrafluoroethylene [PTFE] polymeren met geringe dichtheid getoond in Cijfer 6. De sonde (diamantindenter in dit geval) sprongen op de oppervlakte van alle drie polymeren vóór de energie wordt verdreven maar er zijn duidelijke verschillen in hoe dit voorkomt. PC toont hoofdzakelijk elastisch gedrag, toont LDPE rubberachtig gedrag en PTFE dempt zeer effectief de effectenergie.

Figuur 6. De bevochtigingscapaciteit van het materiaal PTFE wordt getoond door het gebrek aan terugslag (energieabsorptie).

Naast enige effecten kan de nano-effectmodule worden gebruikt om verschillen in moeheid te onderzoeken toe te schrijven aan herhaald effect. De Verschillen in effectgedrag zijn gecorreleerd met verschillen in rekbaarheid op nanocomposites. In het voorbeeld hieronder (figuur 7) er zijn duidelijke verschillen in misvorming toe te schrijven aan het herhaalde beïnvloeden, met PTFE in het bijzonder tonend dramatische voortdurende misvorming.

Figuur 7. De Misvorming toe te schrijven aan veelvoudig effect op PTFE, LDPE en PC bij 0.14 Herz, paste lading 2 Mn dat van 14 µm in Mej. 40, met 3 µm effectsonde wordt versneld toe.

Nano-kras en het Testen Nanowear

Het testen van Nanotribological van polymere materialen wordt uitgevoerd gebruikend de nano-kras en de nanowear module van het systeem NanoTest. Naast het meten van de kritieke lading aan mislukking van polymeerdeklagen heeft de techniek toepassing in fundamentele studies van krasweerstand bij kleinschalig gevonden.

Men heeft geconstateerd dat de krasweerstand een sterke functie van verwerkingsgeschiedenis is. Als voorbeeld, toont Figuur 8 typische kras en postscratch sporen op drie verschillende dunne films van het hitte vastgestelde HUISDIER. Deze waren 1) undrawn (0% kristalliniteit), 2) uniaxially getrokken (33% kristalliniteit) en 3) biaxiaal getrokken (50% kristalliniteit). Trek proces veroorzaakt kristalliniteit en orientational veranderingen die de mechanische eigenschappen veranderen.

Figuur 8. Correlatie tussen de variatie in elastische terugwinning tijdens (donkerblauw) krassen en de lichtblauwe verhouding van H/E van het polymeer (= 10 x H/Er). De bijvoegsels tonen typische kras en post-krassporen voor 500 µN kraslading met 3 µm diamantindenter bij 1 µm/s.

Ultra-low ladings (20µN) nanoindentation werd gebruikt om de mechanische eigenschappen van de films te bepalen. Zoals figuur 8 toont is er a1: 1 correspondentie tussen de verhouding H/E en de graad van terugwinning tijdens het krassen. De diepten van de op-ladingskras zijn eerder gelijkaardig maar de terugwinningsverhouding verschilt dramatisch met kristalliniteit in de dunne films.

Specificaties

Testen het op hoge temperatuur

Het hete stadium, verwarmde indenter en het thermische controlesysteem werken aan 500°C (optie aan 750°C). Het Afzonderlijke verwarmen (en de actieve temperatuurcontrole) van zowel sonde als steekproef die geen hittestroom verzekeren komen tijdens het inkepingsproces voor. De Minimale instrumentale thermische afwijking bij opgeheven temperaturen staat de tests van het inkepingskruipen bij opgeheven temperaturen en bepaling van eigenschappen toe door de temperatuur van de glasovergang.

De Dynamische Testende Module van de Naleving

Voor het onderzoek van opslag en verliesmodulussen, en tan delta. De frequentiewaaier 0.1Hz van de Schommeling aan 250Hz (grotere facultatieve waaiers). Het bereikvermogen van de Frequentie. Omvang van schommeling typisch sub-NM aan 50 NM (grotere facultatieve waaiers). Geoptimaliseerde computercontrole van het slot in versterker voor het plaatsen van de aanwinst, de tijdsconstante, de frequentie en de omvang.

Het Vloeibare Pakket van de Cel

Het vloeibare celpakket omvat een indenter adapter, een vloeibare celsoftware en de vloeibare cel zelf. In vergelijking met andere methodes (zoals DMA) het laat meer hoogst gelokaliseerde metingen van mechanische eigenschappen en het testen van verdunner en meer heterogeene steekproeven toe. De celoptie van de Stroom die voor gecontroleerde vloeibare uitwisseling tijdens experimenten wordt vereist. Het vloeibare celpakket verstrekt informatie over materialenprestaties aan de invloed van vloeistoffen op zijn de dienstmilieu. Deze optie vindt grote toepassing in wrijving, slijtage en smeringsstudies evenals mechanische bezitsreactie op veranderingen in de relatieve vochtigheid van een milieu.

Het Hoge Tarief van de Spanning: Het Testen van het nano-effect

De nano-effectmodule omvat twee verschillende effect testende wijzen als norm.

De schommelingswijze van de Steekproef:
Piezoelectric schommelingssysteem, de signaalgenerator, de versterker en de software voor controle en gegevensanalyse die zowel effect als contactmoeheid toestaan testen om afhankelijk van de omvang van de statische lading worden uitgevoerd. Waaier van de Frequentie 1-500 Herz.

De wijze van het de impulseffect van de Slinger:
De impuls die van de Slinger een solenoïde van A/c gebruiken om de zeer hoge inkepingen van het spanningstarief te veroorzaken (nanoimpacts). Enige en herhaalde effecten. De Dynamische hardheid wordt bepaald van analyse van enige effecten en moeheidsgedrag van veelvoudige effecten.

Nano-Scratch/Nanowear het Testen

Voor progressieve ladingskrassen, gaan 3 multi-pass (waar het tweede aftasten helling) over is en langere multi-pass wrijving en slijtagetests.

De Brede waaier van robuuste wrijving sondeert met verschillende beschikbare krachtconstante.

De Keus van spheroconical diamantkras sondeert met eindstralen 0.7-200 µm. Gemakkelijke en snelle sondeuitwisseling (~ 1 volledig modulair min) - met nanoindentation en nano-effectmodules. Geen recalibration noodzakelijk bij de omschakeling tussen nanoindentation en nanoscratch modules. Robuust - geen gevaar van schade aan het laden van de hoofdlentes tijdens het krassen.

Erkenning

De onderzoeksteams bij MIT, SUNY in Stonybrook en NPL worden gedankt voor hun aan de gang zijnde samenwerking met Micro- Materialen. In het bijzonder Dr. Nigel Jennett en Dr. John Nunn bij NPL (snel systeem DAQ, hoog spanningstarief), de groep van Prof. Krystyn Van Vliet's bij MIT (vloeibare cel en hoog spanningstarief) en de groep van Prof. Raman Singh's bij SUNY (dynamische naleving die testen).

Een volledige reeks verwijzingen is beschikbaar verwijst naar het brondocument.

Bron: „Het Testen Nanomechanical de Nota van de Toepassing van van Polymere Materialen“ door Micro Materials Ltd

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve Micro- Materialen

Ongeveer Micro- Materialen

Opgezet in 1988, is de Micro Materials Ltd fabrikanten van het innovatieve systeem NanoTest, dat uniek nanomechanical testvermogen aan materialenonderzoekers voor de karakterisering en de optimalisering van dunne films, de deklagen en bulkmaterialen aanbiedt. Het huidige model, werd NanoTest Voordeel gelanceerd op 1 Junist 2011.

Deze informatie is afkomstig geweest, herzien en van materialen die door Micro- Materialen aangepast worden verstrekt.

Voor meer informatie over deze bron, te bezoeken gelieve Micro- Materialen.

Date Added: Jul 26, 2008 | Updated: Apr 18, 2013

Last Update: 18. April 2013 10:22

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit