Испытание Nanomechanical Полимерных Материалов используя Систему Nanotest - Примечание по Применению Микро- Материалами

 

Покрытые Темы

Введение
Преимущество NanoTest для Испытания Полимера
Возможность NanoTest
Стабилность на High-temperature
Испытание Nanoindentation Повышенной Температуры
Быстрый Ход, Высокая Точность
Динамическое Механически Испытание Соответствия
Жидкая Клетка
Испытывать на Высоком Тарифе Напряжения
Nano-Скрест и Испытание Nanowear
Спецификации
высокотемпературное Испытание
Динамический Модуль Испытания Соответствия
Жидкий Пакет Клетки
Высокий Тариф Напряжения: Испытание Nano-Удара
Испытание Nano-Scratch/Nanowear
Подтверждения

Введение

Термальная стабилность аппаратуры испытания ключева к содержательным измерениям вязко-эластических свойств врем-зависимых материалов. На комнатной температуре термальное смещение NanoTest очень низко, типично порядок величины чем некоторые другие коммерчески системы.

Преимущество NanoTest для Испытания Полимера

NanoTest предлагает следующие преимущества для испытания полимера

  • Самые Высокие измерения разрешения
  • Гибкость конструкции и термальной стабилности
  • Минимальное термальное смещение даже в условиях повышенной температуры
  • Ультравысокие испытания тарифа напряжения
  • Испытания в жидкой окружающей среде

Возможность NanoTest

Возможности NanoTest включают:

  • Вязко-эластические свойства
  • Nanotribology
  • Nanoindentation Повышенной температуры
  • Испытывать в жидкой окружающей среде
  • Ультравысокий испытывать тарифа напряжения
  • Ультра-Низкие испытания нагрузки
  • испытание усталости Nano-Маштаба

Стабилность на High-temperature

Испытание Nanoindentation Повышенной Температуры

Преимущество NanoTest будет произноситьле испытывая в условиях повышенной температуры. Это должно к уникально конструкции для испытания повышенной температуры которая полагается на отдельно топлении (и активном контроле температуры) и зонда и образец не обеспечивая никакой поток тепла происходит во время процесса вмятия.

NanoTest уникально в этом изотермическом контакте. По Мере Того Как не значительно термальное смещение происходит во время измерений повышенной температуры будет возможно выполнить испытания длинн-продолжительности - как испытания на ползучесть вмятия - в условиях повышенной температуры и наблюдать как свойства полимерного изменения материалов по мере того как они идут через температуру стеклянного перехода. Это можно сделать в польностью автоматизированной процедуре на больше частного масштаба и на более тонких фильмах чем другими методами как DMA.

Локализованный подход включает более быстрое топление/охлаждать чем путем нагревать всю камеру образца, и поэтому термальные процессы истории/рекристаллизации можно теперь изучить подробно на nanoscale.

Диаграмма 1. Схема показа этапа NanoTest подогревателей подсказки и образца горячего отдельно, диаграммы учтивости AJ Древесины Muir, Университета Кембриджа

Как пример, возможность испытания повышенной температуры NanoTest была использована для того чтобы определить изменение в механически свойствах с температурой ряда фильмов ЛЮБИМЧИКА с различными обрабатывая историей и кристалличностью. На Диаграмму 2 показано поведение аморфического (установленная non-жара) образца.

Диаграмма 2. Изменение в (выйденном) поведении nanoindentation и (выше) соответствие ползучести с температурой испытания над ãC ¡ ряда 60-110 для фильма аморфического ЛЮБИМЧИКА тонкого

Nanomechanical свойства фильма на 60°C были фактически этими же как на комнатной температуре. Над 60°C ясные изменения в реакции вмятия наблюдались. Острое уменшение в механически свойствах было увидено между 70°C и 80°C последовательными с присутсвием стеклянного перехода над этим диапазоном температур в соответствии с значений словесности для кусковых материалов. Дальнейшее увеличение в врем-зависимой деформации и падение в жесткости произошли на увеличивать температуру к 90°C. На 110°C драматическое улучшение в механически свойствах было наблюдаемые последовательными с холодной рекристаллизацией.

Быстрый Ход, Высокая Точность

Комбинаториальное испытание быстрый быть популярной новой трассой к производить новые материалы с интересными и непредвиденными свойствами. Вернее чем пробующ для того чтобы проектировать совершенные материалы, в комбинаториальном подходе, много сотни или больше сделаны на малом масштабе.

Научные Работники на MIT использовали NanoTest для того чтобы испытать свойства полимерных материалов где каждый материал имел мономеры различные сочетание из 2 различные. Не Познее 24 часа автоматизированного испытания (в одиночном режиме длительной нагрузки) они имели данные на каждом полимере в блоке 576 элементов и могли отобразить влияния % каждого мономера на свойствах материала. Этот автоматизированный анализ большого архива акрилит-основанных материалов продемонстрировал ряд механически свойств повлиянных на составом в непредвиденных путях.

Авторы заметили что отсутствие piezocrystal возбуждения в возбуждении рамки нагрузки (настоящем моменте в некоторых других системах nanoindentation) привело к в сильно стабилизированных сигналах соответствия и нагрузки/смещения рамки необходимых.

Динамическое Механически Испытание Соответствия

Модуль испытания соответствия NanoTest динамический включает a замк-в системе усилителя и колебания образца для того чтобы вибрировать образец и позволить соответствие быть измеренным на непрерывное основание. Он можно думать как аналог nanoscale динамического механически анализа (DMA). После собирать сырцовые данные по фазового угла с сферически или pyramidal индентерами, он проанализирован с моделью 4 элементов линейной вязко-эластической для того чтобы определить модуль потери и хранения, модуль вмятия сложный и tan перепад которые признаковы энергии амортизируя в поверхностном/около поверхности материала. Пример ниже показывает превосходную пригонку модели к экспериментальным данным на образце эпоксидной смолы. Значение для tan перепада 0,017 было определено в хорошем соответствии с навальными значениями DMA.

Диаграмма 3. Изменение в сигнале участка с глубиной вмятия для 3 испытаний повторения на образце эпоксидной смолы. Воспроизводимость данных и своей пригонки к модели 4 элементов линейной вязко-эластической используемой в анализе хороша и производит значение tan перепада 0,017.

Жидкая Клетка

Механически свойства биологических и полимерных образцов часто меняют значительно когда в жидкой окружающей среде сравнили к обычным сухим условиям испытаний. Если мы желаем понять их свойства и поведение в жидких средствах, то поэтому сильно желательно испытать в таких режимах вернее чем попытать infer от измерений на сухих (или относительной влажности 50%) образцах. Для того чтобы соотвествовать эта потребность, возможность испытания NanoTest была расширена развитием жидкой клетки позволяющ испытанию nanoindentation, nano-скреста и nanowear образцов полно погруженных в жидкостях.

Например, нейлон (PA6) может опухнуть 7-9% на сатурации. Клетка NanoTest жидкая была использована для того чтобы расследовать как свои nanomechanical свойства (главным образом модуль пластичности и соответствие ползучести) повлияны на средством испытания. Типичные кривые вмятия для низкомолекулярного образца веса PA6 показаны для сухого (относительная влажность ~50%) и после того как погружение в деионизированной воде на несколько часов будет показано в диаграмме 4. Уменшение в модуле пластичности около 67% после 24 часов погружения (диаграммы 5).

Диаграмма 4. Типичные кривые nanoindentation сушит и намочила для низкого MW PA6 используя нагрузку индентера Berkovich на 0,2 mN/s к максимальной нагрузке mN 5. Времена удерживания на максимальной нагрузке и 90% разгржая позволяют исследованию вязко-эластической реакции.

Диаграмма 5. Влияние испытательной среды на модуле пластичности PA6 после погружения >24 hr.

Испытывать на Высоком Тарифе Напряжения

Материалы показывают разницы в механически поведении на повсюду тарифах напряжения. NanoTest уникально среди систем вмятия в иметь (защищенный патент) способность произвести ультра-быстрые, высокие вмятия тарифа напряжения и может быть использовано для того чтобы изучить материальное поведение на тарифах напряжения далеко свыше тех на любой другой аппаратуре.

Это возможные должные к геометрии маятника которая позволяет зонд быть ускорять ход для того чтобы произвести удары высокой энергии в фракция секунда. С помощью быстрой системы DAQ (до 500000 Hz возможно) все данные по смещени-времени зонда захвачены и могут быть проанализированы для того чтобы произвести динамическую твердость и вязко-эластические данные по свойства. Динамическая твердость определена (после Табора) как энергия в объем блока и имеет блоки давления как раз как обычная твердость.

Как пример поведение вмятия высок-напряжения коммерчески полимеров полиэтилена низкой плотности [LDPE], поликарбоната [ПК] и политетрафторэтилена [PTFE] показано в Диаграмме 6. Зонд (индентер диаманта в этот случай) отскакивает на поверхности всех 3 полимеров прежде чем энергия рассеивана но там ясные разницы в как это происходит. ПК показывает существенно эластичное поведение, LDPE показывает резин-как поведение и PTFE амортизирует вне энергию удара очень эффектно.

Диаграмма 6. Амортизируя способность материала PTFE показана отсутсвием возвратной пружины (абсорбциы энергии).

В дополнение к одиночным ударам модуль nano-удара можно использовать для того чтобы расследовать разницы в усталости должной к повторяющийся удару. Разницы в поведении удара были сопоставлены к разницам в дуктильности на nanocomposites. В примере ниже (диаграмма 7) там ясные разницы в деформации должной к повторяющийся плотно сжимать, при PTFE в частности показывая драматическую продолжая деформацию.

Диаграмма 7. Деформация должная к множественному удару на PTFE, LDPE и ПК на 0,14 Hz, прикладной mN нагрузки 2 ускорила ход от µm 14 в мс 40, с соударяющийся зонд 3 µm.

Nano-Скрест и Испытание Nanowear

Испытание Nanotribological полимерных материалов выполнено используя nano-скрест и модуль nanowear системы NanoTest. В дополнение к измерять критическую нагрузку к отказу покрытий полимера метод находил применение в основных изучениях сопротивления скреста на малом масштабе.

Было найдено что сопротивление скреста сильная функция обрабатывать историю. Как пример, Диаграмма 8 следы скреста и postscratch выставок типичные на 3 фильмах различного ЛЮБИМЧИКА комплекта жары тонких. Эти были 1) undrawn (кристалличность 0%), 2) uniaxially нарисовано (кристалличность 33%) и 3) двухосно нарисовано (кристалличность 50%). Процесс притяжки наводит кристалличность и orientational изменения которая изменяют механически свойства.

Диаграмма 8. Корреляция между изменением в упругой релаксации во время царапать (синий) и коэффициентом H/E полимера (светом - синью = 10 x H/Er). Insets показывают типичные следы скреста и столб-скреста для нагрузки скреста 500 µN с индентером диаманта 3 µm на 1 µm/s.

Ультра-Низкое nanoindentation нагрузки (20µN) было использовано для того чтобы определить механически свойства фильмов. По Мере Того Как диаграмма 8 выставки там корреспонденция 1:1 между коэффициентом H/E и степенью спасения во время царапать. Глубины скреста на-нагрузки довольно подобны но коэффициент спасения отличает драматически с кристалличностью в тонких фильмах.

Спецификации

высокотемпературное Испытание

Горячий этап, heated индентер и термальная система управления работают к 500°C (варианту к 750°C). Отдельно топление (и активный контроль температуры) как зонда, так и образца не обеспечивая никакой поток тепла происходят во время процесса вмятия. Минимальное целесообразное термальное смещение в условиях повышенной температуры позволяет испытаниям на ползучесть вмятия в условиях повышенной температуры и определению свойств через температуру стеклянного перехода.

Динамический Модуль Испытания Соответствия

Для исследования модулей хранения и потери, и tan перепада. Диапазон изменения частот 0.1Hz Колебания к 250Hz (более большим рядам опционным). Возможность Амплитуды частоты. Амплитуда колебания типично sub-nm до 50 nm (более большие ряды опционные). Оптимизированное управление компьютера замка в усилителе для устанавливать увеличение, константу времени, частоту и амплитуду.

Жидкий Пакет Клетки

Жидкий пакет клетки включает переходнику индентера самого, жидкостное ПО клетки и жидкостную клетку. По сравнению с другими методами (как DMA) он включает более сильно локализованные измерения механически свойств и испытание более тонких и более несродных образцов. Вариант клетки Подачи требуемый для контролируемого жидкого обмена во время экспериментов. Жидкий пакет клетки снабубежит информацию на представлении материалов влияние жидкостей в своей окружающей среде обслуживания. Этот вариант находит большое применение в трении, износ и изучения смазки так же, как реакция механически свойства к изменениям в относительной влажности окружающей среды.

Высокий Тариф Напряжения: Испытание Nano-Удара

Модуль nano-удара включает 2 определенных испытательного режима удара стандарт.

Режим колебания Образца:
Пьезоэлектрические система, генератор сигналов, усилитель и ПО колебания для управления и анализа данных позволяющ и испытаниям на сопротивление усталости удара и контакта, котор нужно выполнить в зависимости от величины неподвижной нагрузки. Диапазон изменения частот 1-500 Hz.

Режим удара ИМПа ульс Маятника:
ИМП ульс Маятника используя A/C соленоид для того чтобы произвести очень высокие вмятия тарифа напряжения (nanoimpacts). Одиночные и повторяющийся удары. Динамическая твердость решительно от анализа одиночных ударов и поведения усталости от множественных ударов.

Испытание Nano-Scratch/Nanowear

Для прогрессивных скрестов нагрузки, 3 проходят многоходовое (где во-вторых развертка пандус) и более длинние многоходовые трение и тесты на износ.

Широкий диапазон робастного трения зондирует с различным коэффициентом упругой связи доступным.

Выбор spheroconical скреста диаманта зондирует с радиусами конца 0.7-200 µm. Легкий и быстрый обмен зонда (~ 1 минута) - полно модульная с модулями nanoindentation и nano-удара. Отсутствие повторного калибрования необходимого на переключении между nanoindentation и модулями nanoscratch. Робастно - отсутствие опасности повреждения к нагружая головным веснам во время царапать.

Подтверждения

Исследовательские группы на MIT, SUNY на Stonybrook и NPL возблагодарены для их продолжающегося сотрудничества с Микро- Материалами. В частности Др. Nigel Jennett и Др. Джон Nunn на NPL (быстрой системе DAQ, высоком тарифе напряжения), группа Prof Krystyn Van Vliet's на MIT (жидкая клетка и высокий тариф напряжения) и группа Prof Raman Singh на SUNY (динамическом испытании соответствия).

Полный набор справок доступен ссылался к исходному документу.

Источник: «Испытание Nanomechanical Примечание по Применению Полимерных Материалов» Микро- Материалы Ltd

Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите Микро- Материалы

О Микро- Материалах

Установлено в 1988, Микро- Материалы Ltd изготовления новаторской системы NanoTest, которая предлагает уникально nanomechanical возможность испытания к исследователям материалов для характеризации и оптимизирования тонких фильмов, покрытий и кусковых материалов. Настоящая модель, NanoTest Преимущественное была запущена 1-ого июняst 2011.

Эта информация найденный, расмотрена и приспособлена от материалов обеспеченных Микро- Материалами.

Для больше информации на этом источнике, пожалуйста посетите Микро- Материалы.

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

Last Update: 18. April 2013 10:27

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit