聚合物材料 Nanomechanical 测试使用 Nanotest 系统 - 由微材料的应用注解的

 

包括的事宜

简介
聚合物测试的 NanoTest 好处
NanoTest 功能
稳定性在高温
高温 Nanoindentation 测试
高速,高精确度
动态机械标准测试
可变的细胞
测试以高变形率
纳诺临时和 Nanowear 测试
说明
高温测试
动态标准测试模块
可变的细胞程序包
高变形率: 纳诺影响测试
纳诺Scratch/Nanowear 测试
鸣谢

简介

测试仪器的耐热性是关键的对非定常材料黏弹性属性的有意义的评定。 在室温 NanoTest 的热量偏差比一些其他商业系统是非常低的,典型地数量级较少。

聚合物测试的 NanoTest 好处

NanoTest 提供聚合物测试的下列好处

  • 最高分辨率的评定
  • 设计和耐热性的灵活性
  • 最小的热量偏差甚而在高温
  • 超离频的变形率测试
  • 测试在可变的环境里

NanoTest 功能

NanoTest 的功能包括:

  • 黏弹性属性
  • Nanotribology
  • 高温 nanoindentation
  • 测试在可变的环境里
  • 超离频变形率测试
  • 极端底的装入测试
  • 纳诺缩放比例疲劳测试

稳定性在高温

高温 Nanoindentation 测试

当测试在高温时, NanoTest 好处变得更加显著。 这归结于依靠单独热化高温测试的唯一设计 (和有效的温度控制) 在凹进进程期间,探测,并且保证热流的范例不发生。

NanoTest 是唯一的在此等温联络。 当没有重大的热量偏差发生在高温评定期间执行长期限测试 - 例如凹进蠕变试验 - 如何变得可能在高温和观察聚合物重大变动属性,当他们审阅玻璃转化温度。 这在充分地自动化的程序可以完成在更加局部的缩放比例和在薄膜比由其他方法例如 DMA。

这个局限化的途径通过加热整个范例房间启用更加迅速的热化/冷却比,和,因此热量历史记录/再结晶进程可能详细现在被学习在 nanoscale。

图 1. NanoTest 热阶段陈列单独技巧和范例加热器,图 AJ Muir 木头,剑桥大学礼貌概要

为例, NanoTest 高温测试功能用于确定在机械性能上的变化与宠物影片的范围的温度与另外处理历史记录和结晶性的。 图 2 显示无定形的 (被设置的非热) 范例的工作情况。

图 2。 在 nanoindentation 工作情况上的变化 () 和 (见上) 蠕动遵照在范围 60-110 ¡ ãC 的测试温度无定形的宠物薄膜的

影片的 nanomechanical 属性在 60°C 的实际上是相同的象在室温。 在 60°C 上在凹进回应上的清楚的变化被观察了。 在机械性能的急剧减少被看到了在 70°C 和 80°C 之间一致以玻璃转移的出现在此温度范围的与文件值意见的一致为粒状材料。 在非定常变形的在僵硬的进一步增加和下落在增加发生了这个温度对 90°C。 在 110°C 在机械性能的戏剧性改进与冷再结晶是被观察的一致的。

高速,高精确度

组合测试是快速成为往导致新的材料的普遍的新的途径与有趣和意外的属性。 而不是设法设计理想的材料,在组合途径,许多数百或更多做在小规模。

MIT 的科学家使用 NanoTest 测试每材料有 2 个不同单体的不同的组合聚合物材料的属性。 在 24 时数自动化的测试内 (在持续运行) 他们有关于每个聚合物的数据在 576 要素列阵,并且可能映射每个单体 % 的作用对材料的属性。 对基于丙烯酸盐的材料大图书馆的此自动分析展示了构成的影响的机械性能的范围用意外的方式。

作者注意到,缺乏在负荷框架驱动 (在一些其他 nanoindentation 系统的存在的 piezocrystal 驱动) 导致必要很稳定的框架标准和负荷/位移的信号。

动态机械标准测试

NanoTest 动态标准测试模块包括封锁行动放大器和范例动摆系统振动范例和允许这个标准在一个连续基础上被评定。 可以认为作为动态机械分析 nanoscale 类似物 (DMA)。 在收集与是阻止在表面/在材料的表面的附近预示的能源的球状或金字塔形受托代购商的原始的相位角数据以后,它分析以 4 要素线性黏弹性设计确定损失和存贮模数、凹进复杂模数和棕褐色的 Delta。 下面这个的示例显示这个设计的非常好的适应对关于环氧范例的实验数据。 棕褐色的 Delta 的值 0.017 在与批量 DMA 值的利益协定被确定了。

在环氧范例的图 3. 变化在阶段信号上与凹进深度三个重复测试的。 数据和其适应的增殖率对用于这个分析的 4 要素线性黏弹性设计是好并且导致棕褐色的 Delta 的值 0.017。

可变的细胞

生物和聚合物范例机械性能显著地经常变化,当在可变的环境里与通常干燥试验条件比较了。 如果我们希望了解他们的属性和工作情况在可变的媒体测试而不是尝试从评定在干燥 (或 50% 相对湿度) 推断在这些条件下因此是高度需要的范例。 要适应此需要, NanoTest 的测试功能由可变的细胞的发展扩大允许在流体充分地浸没的范例 nanoindentation、纳诺临时nanowear 测试。

例如,尼龙 (PA6) 可能由 7-9% 胀大在饱和。 NanoTest 可变的细胞用于调查其 nanomechanical 属性 (主要弹性模数和蠕动标准) 如何是受测试介质的影响的。 低分子量的 PA6 范例的典型的凹进曲线为干燥显示 (~50% 相对湿度),并且,在浸没在被去离子的水中几时数在表 4. 以后显示。 有在弹性模数的减少的大约 67% 在 24 时数以后浸没 (图 5)。

图 4. 典型的 nanoindentation 曲线为低兆瓦 PA6 烘干并且弄湿了使用 Berkovich 受托代购商装载在 0.2 mN/s 对 5 mN 最大负荷。 在最大负荷的保存期间和 90% 转存允许黏弹性回应的调查。

图 5. 测试环境作用对 PA6 的弹性模数在 >24 hr 浸没以后的。

测试以高变形率

材料在机械工作情况显示出区别以到处变形率。 NanoTest在有这个 (保护的专利) 能力的凹进系统中是唯一的生产超速,高变形率凹进,并且可以使用学习物质工作情况以变形率超出那些在其他仪器。

这可能归结于使探测加速导致在一小部分的高能影响一秒钟的摆锤几何。 在快速 DAQ 系统的帮助下 (500000 Hz 可能) 所有探测位移时间数据被获取并且可以被分析导致动态坚硬和黏弹性属性信息。 动态坚硬被定义 (在塔博尔以后) 成能源每个单位体积并且有压部件正常规坚硬。

为例商业低密聚乙烯 [LDPE],聚碳酸酯纤维 [个人计算机] 和聚四氟乙烯 [PTFE] 聚合物高张力凹进工作情况在表 6. 显示。 探测 (金刚石受托代购商在这种情况下) 在所有三个聚合物表面重新启动,在这个能源被消散前,但是那里是在这如何上的清楚的区别发生。 个人计算机根本显示有弹性工作情况, LDPE 显示橡胶般工作情况和 PTFE 非常有效阻止影响能源。

图 6。 PTFE 材料的阻止的能力由缺乏反冲显示 (能量吸收)。

除唯一影响之外纳诺影响模块可以用于调查在疲劳上的区别由于重复性影响。 在影响工作情况上的区别与在延展性上的区别关联在 nanocomposites。 在下面示例中 (图 7) 那里是在变形上的清楚的区别由于重复性特别是影响,当 PTFE 显示严重的继续的变形。

图 7. 变形由于对 PTFE、 LDPE 和个人计算机的多个影响在 0.14 Hz,应用的负荷 2 mN 从 14 在 40 女士的 µm 加速,有 3 µm 影响探测的。

纳诺临时和 Nanowear 测试

使用 NanoTest 系统的纳诺临时nanowear 模块,聚合物材料 Nanotribological 测试执行。 除评定对聚合物涂料的故障的临界荷载之外这个技术在临时阻力的根本研究中找到应用在小规模。

发现临时阻力是处理历史记录的严格的功能。 为例,图 8 显示典型的临时和在三不同热固着宠物薄膜的 postscratch 跟踪。 这些是 1) undrawn (0% 结晶性), 2) uniaxially 画 (33% 结晶性) 和 3) 双轴画 (50% 结晶性)。 凹道进程导致修改机械性能的结晶性和 orientational 更改。

图 8. 变化在有弹性恢复上在抓期间 (深蓝) 和聚合物的 H/E 比例之间的相关性 (浅兰 = 10 x H/Er)。 插页显示 500 µN 临时负荷的典型的临时和之后临时跟踪与 3 µm 金刚石受托代购商在 1 个 µm/s。

极端底的负荷 (20µN) nanoindentation 用于确定影片的机械性能。 在抓期间,因为图 8 那里显示是在 H/E 比例和程度的 1:1 通信恢复之间。 在负荷临时深度是相当类似的,但是恢复比例显著有所不同与在薄膜的结晶性。

说明

高温测试

热阶段、激昂的受托代购商和热量控制系统运行对 500°C (选项到 750°C)。 单独热化 (和有效的温度控制保证热流的) 在凹进进程期间,探测和范例不发生。 在高温的最小的有助热量偏差允许凹进蠕变试验在属性的高温和确定通过玻璃转化温度。

动态标准测试模块

对存贮和损失模数的调查和棕褐色的 Delta。 动摆对 250Hz (选项更大的范围的频率范围 0.1Hz)。 扫频功能。 高度典型动摆子 nm 到 50 毫微米 (选项更大的范围)。 锁定的优化计算机控制在放大器的设置的收益、时间常数、频率和高度。

可变的细胞程序包

可变的细胞程序包包括受托代购商适配器、液体细胞软件和这个液体细胞。 与其他方法比较 (例如 DMA) 它启用机械性能的高度局限化的更加稀薄和更加异种的范例评定和测试。 流对于受控可变的替换是必需的细胞选项在实验期间。 可变的细胞程序包在材料性能在其服务环境里情报给流体的影响。 此选项查找在摩擦的巨大应用,穿戴和润滑油研究以及对变化的机械性能回应在环境的相对湿度上。

高变形率: 纳诺影响测试

纳诺影响模块包括二个明显的影响测试方式作为标准。

范例动摆模式:
压电动摆系统、信号产生器、放大器和软件控制的和数据分析允许影响和联络根据静态负载的大小将执行的疲劳试验。 频率范围 1-500 Hz。

摆锤冲动影响模式:
使用生产直流的螺线管的摆锤冲动非常高变形率凹进 (nanoimpacts)。 唯一和重复性影响。 动态坚硬从对唯一影响和疲劳工作情况的分析是确定的从多个影响。

纳诺Scratch/Nanowear 测试

对累进负荷抓,多通的3 通过 (其中其次扫描是舷梯) 和更长的多通摩擦和磨耗试验。

大范围稳健摩擦探查以可用另外的力常数。

spheroconical 金刚石临时选择探查与末端半径 0.7-200 µm。 容易和快速探测替换 (~ 1 分钟) - 充分地模件与 nanoindentation 和纳诺影响模块。 没有重新校准必要在 nanoindentationnanoscratch 模块之间的切换。 稳健 - 没有故障的危险对装载的顶头弹簧的在抓期间。

鸣谢

在 MIT、 SUNY 在 Stonybrook 和 NPL 的研究小组感谢他们与微材料的持续的协作。 特别是奈格尔 Jennett 博士和约翰 Nunn, Krystyn 范 Vliet 教授的组 MIT 的 (可变的细胞和高变形率) 和喇曼辛哈教授的组博士 NPL 的 (快速 DAQ 系统,高变形率) SUNY 的 (动态标准测试)。

参考完整集是可用的是指源文档。

来源: “聚合物材料 Nanomechanical 测试”由微材料有限公司的应用注解

关于此来源的更多信息请参观微材料

关于微材料

在 1988年设立,微材料有限公司是创新 NanoTest 系统的制造商,为薄膜、涂层和粒状材料的描述特性和优化的材料研究员提供唯一 nanomechanical 测试功能。 这个当前设计,有利的 NanoTest 在 2011年 6月 1日st 被生成了。

此信息是来源,复核和适应从微材料提供的材料。

关于此来源的更多信息,请参观微材料。

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

Last Update: 18. April 2013 10:21

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