聚合物材料 Nanomechanical 測試使用 Nanotest 系統 - 由微材料的應用註解的

 

包括的事宜

簡介
聚合物測試的 NanoTest 好處
NanoTest 功能
穩定性在高溫
高溫 Nanoindentation 測試
高速,高精確度
動態機械標準測試
可變的細胞
測試以高變形率
納諾臨時和 Nanowear 測試
說明
高溫測試
動態標準測試模塊
可變的細胞程序包
高變形率: 納諾影響測試
納諾Scratch/Nanowear 測試
鳴謝

簡介

測試儀器的耐熱性是關鍵的對非定常材料黏彈性屬性的有意義的評定。 在室溫 NanoTest 的熱量偏差比一些其他商業系統是非常低的,典型地數量級較少。

聚合物測試的 NanoTest 好處

NanoTest 提供聚合物測試的下列好處

  • 最高分辨率的評定
  • 設計和耐熱性的靈活性
  • 最小的熱量偏差甚而在高溫
  • 超離頻的變形率測試
  • 測試在可變的環境裡

NanoTest 功能

NanoTest 的功能包括:

  • 黏彈性屬性
  • Nanotribology
  • 高溫 nanoindentation
  • 測試在可變的環境裡
  • 超離頻變形率測試
  • 極端底的裝入測試
  • 納諾縮放比例疲勞測試

穩定性在高溫

高溫 Nanoindentation 測試

當測試在高溫時, NanoTest 好處變得更加顯著。 這歸結於依靠單獨熱化高溫測試的唯一設計 (和有效的溫度控制) 在凹進進程期間,探測,并且保證熱流的範例不發生。

NanoTest 是唯一的在此等溫聯絡。 當沒有重大的熱量偏差發生在高溫評定期間執行長期限測試 - 例如凹進蠕變試驗 - 如何變得可能在高溫和觀察聚合物重大變動屬性,當他們審閱玻璃轉化溫度。 這在充分地自動化的程序可以完成在更加局部的縮放比例和在薄膜比由其他方法例如 DMA。

這個局限化的途徑通過加熱整個範例房間啟用更加迅速的熱化/冷卻比,和,因此熱量歷史記錄/再結晶進程可能詳細現在被學習在 nanoscale。

圖 1. NanoTest 熱階段陳列單獨技巧和範例加熱器,圖 AJ Muir 木頭,劍橋大學禮貌概要

为例, NanoTest 高溫測試功能用於確定在機械性能上的變化與寵物影片的範圍的溫度與另外處理歷史記錄和結晶性的。 圖 2 顯示無定形的 (被設置的非熱) 範例的工作情況。

圖 2。 在 nanoindentation 工作情況上的變化 () 和 (見上) 蠕動遵照在範圍 60-110 ¡ ãC 的測試溫度無定形的寵物薄膜的

影片的 nanomechanical 屬性在 60°C 的實際上是相同的像在室溫。 在 60°C 上在凹進回應上的清楚的變化被觀察了。 在機械性能的急劇減少被看到了在 70°C 和 80°C 之間一致以玻璃轉移的出現在此溫度範圍的與文件值意見的一致為粒狀材料。 在非定常變形的在僵硬的進一步增加和下落在增加發生了這個溫度對 90°C。 在 110°C 在機械性能的戲劇性改進與冷再結晶是被觀察的一致的。

高速,高精確度

組合測試是快速成為往導致新的材料的普遍的新的途徑與有趣和意外的屬性。 而不是設法設計理想的材料,在組合途徑,許多數百或更多做在小規模。

MIT 的科學家使用 NanoTest 測試每材料有 2 個不同單體的不同的組合聚合物材料的屬性。 在 24 時數自動化的測試內 (在持續運行) 他們有關於每個聚合物的數據在 576 要素列陣,并且可能映射每個單體 % 的作用對材料的屬性。 對基於丙烯酸鹽的材料大圖書館的此自動分析展示了構成的影響的機械性能的範圍用意外的方式。

作者注意到,缺乏在負荷框架驅動 (在一些其他 nanoindentation 系統的存在的 piezocrystal 驅動) 導致必要很穩定的框架標準和負荷/位移的信號。

動態機械標準測試

NanoTest 動態標準測試模塊包括封鎖行動放大器和範例動擺系統振動範例和允許這個標準在一個連續基礎上被評定。 可以認為作為動態機械分析 nanoscale 類似物 (DMA)。 在收集與是阻止在表面/在材料的表面的附近預示的能源的球狀或金字塔形受託代購商的原始的相位角數據以後,它分析以 4 要素線性黏彈性設計確定損失和存貯模數、凹進複雜模數和棕褐色的 Delta。 下面這個的示例顯示這個設計的非常好的適應對關於環氧範例的實驗數據。 棕褐色的 Delta 的值 0.017 在與批量 DMA 值的利益協定被確定了。

在環氧範例的圖 3. 變化在階段信號上與凹進深度三個重複測試的。 數據和其適應的增殖率對用於這個分析的 4 要素線性黏彈性設計是好并且導致棕褐色的 Delta 的值 0.017。

可變的細胞

生物和聚合物範例機械性能顯著地經常變化,當在可變的環境裡與通常乾燥試驗條件比較了。 如果我們希望瞭解他們的屬性和工作情況在可變的媒體測試而不是嘗試從評定在乾燥 (或 50% 相對濕度) 推斷在這些條件下因此是高度需要的範例。 要適應此需要, NanoTest 的測試功能由可變的細胞的發展擴大允許在流體充分地浸沒的範例 nanoindentation、納諾臨時nanowear 測試。

例如,尼龍 (PA6) 可能由 7-9% 脹大在飽和。 NanoTest 可變的細胞用於調查其 nanomechanical 屬性 (主要彈性模數和蠕動標準) 如何是受測試介質的影響的。 低分子量的 PA6 範例的典型的凹進曲線為乾燥顯示 (~50% 相對濕度),并且,在浸沒在被去離子的水中幾時數在表 4. 以後顯示。 有在彈性模數的減少的大約 67% 在 24 時數以後浸沒 (圖 5)。

圖 4. 典型的 nanoindentation 曲線為低兆瓦 PA6 烘乾并且弄濕了使用 Berkovich 受託代購商裝載在 0.2 mN/s 對 5 mN 最大負荷。 在最大負荷的保存期間和 90% 轉存允許黏彈性回應的調查。

圖 5. 測試環境作用對 PA6 的彈性模數在 >24 hr 浸沒以後的。

測試以高變形率

材料在機械工作情況顯示出區別以到處變形率。 NanoTest在有這個 (保護的專利) 能力的凹進系統中是唯一的生產超速,高變形率凹進,并且可以使用學習物質工作情況以變形率超出那些在其他儀器。

這可能歸結於使探測加速導致在一小部分的高能影響一秒鐘的擺錘幾何。 在快速 DAQ 系統的幫助下 (500000 Hz 可能) 所有探測位移時間數據被獲取并且可以被分析導致動態堅硬和黏彈性屬性信息。 動態堅硬被定義 (在塔博爾以後) 成能源每個單位體積并且有壓部件正常規堅硬。

为例商業低密聚乙烯 [LDPE],聚碳酸酯纖維 [個人計算機] 和聚四氟乙烯 [PTFE] 聚合物高張力凹進工作情況在表 6. 顯示。 探測 (金剛石受託代購商在這種情況下) 在所有三個聚合物表面重新啟動,在這個能源被消散前,但是那裡是在這如何上的清楚的區別發生。 個人計算機根本顯示有彈性工作情況, LDPE 顯示橡膠般工作情況和 PTFE 非常有效阻止影響能源。

圖 6。 PTFE 材料的阻止的能力由缺乏反衝顯示 (能量吸收)。

除唯一影響之外納諾影響模塊可以用於調查在疲勞上的區別由於重複性影響。 在影響工作情況上的區別與在延展性上的區別關聯在 nanocomposites。 在下面示例中 (圖 7) 那裡是在變形上的清楚的區別由於重複性特別是影響,当 PTFE 顯示嚴重的繼續的變形。

圖 7. 變形由於對 PTFE、 LDPE 和個人計算機的多個影響在 0.14 Hz,應用的負荷 2 mN 從 14 在 40 女士的 µm 加速,有 3 µm 影響探測的。

納諾臨時和 Nanowear 測試

使用 NanoTest 系統的納諾臨時nanowear 模塊,聚合物材料 Nanotribological 測試執行。 除評定對聚合物塗料的故障的臨界荷載之外這個技術在臨時阻力的根本研究中找到應用在小規模。

發現臨時阻力是處理歷史記錄的嚴格的功能。 为例,圖 8 顯示典型的臨時和在三不同熱固著寵物薄膜的 postscratch 跟蹤。 這些是 1) undrawn (0% 結晶性), 2) uniaxially 畫 (33% 結晶性) 和 3) 雙軸畫 (50% 結晶性)。 凹道進程導致修改機械性能的結晶性和 orientational 更改。

圖 8. 變化在有彈性恢復上在抓期間 (深藍) 和聚合物的 H/E 比例之間的相關性 (淺蘭 = 10 x H/Er)。 插頁顯示 500 µN 臨時負荷的典型的臨時和之後臨時跟蹤與 3 µm 金剛石受託代購商在 1 个 µm/s。

極端底的負荷 (20µN) nanoindentation 用於確定影片的機械性能。 在抓期間,因為圖 8 那裡顯示是在 H/E 比例和程度的 1:1 通信恢復之間。 在負荷臨時深度是相當類似的,但是恢復比例顯著有所不同與在薄膜的結晶性。

說明

高溫測試

熱階段、激昂的受託代購商和熱量控制系統運行對 500°C (選項到 750°C)。 單獨熱化 (和有效的溫度控制保證熱流的) 在凹進進程期間,探測和範例不發生。 在高溫的最小的有助熱量偏差允許凹進蠕變試驗在屬性的高溫和確定通過玻璃轉化溫度。

動態標準測試模塊

对存貯和損失模數的調查和棕褐色的 Delta。 動擺對 250Hz (選項更大的範圍的頻率範圍 0.1Hz)。 掃頻功能。 高度典型動擺子 nm 到 50 毫微米 (選項更大的範圍)。 鎖定的優化計算機控制在放大器的設置的收益、時間常數、頻率和高度。

可變的細胞程序包

可變的細胞程序包包括受託代購商適配器、液體細胞軟件和這個液體細胞。 與其他方法比較 (例如 DMA) 它啟用機械性能的高度局限化的更加稀薄和更加異種的範例評定和測試。 流對於受控可變的替換是必需的細胞選項在實驗期間。 可變的細胞程序包在材料性能在其服務環境裡情報給流體的影響。 此選項查找在摩擦的巨大應用,穿戴和潤滑油研究以及對變化的機械性能回應在環境的相對濕度上。

高變形率: 納諾影響測試

納諾影響模塊包括二個明顯的影響測試方式作為標準。

範例動擺模式:
壓電動擺系統、信號產生器、放大器和軟件控制的和數據分析允許影響和聯絡根據靜態負載的大小將執行的疲勞試驗。 頻率範圍 1-500 Hz。

擺錘衝動影響模式:
使用生產直流的螺線管的擺錘衝動非常高變形率凹進 (nanoimpacts)。 唯一和重複性影響。 動態堅硬從對唯一影響和疲勞工作情況的分析是確定的從多個影響。

納諾Scratch/Nanowear 測試

对累進負荷抓,多通的3 通過 (其中其次掃描是舷梯) 和更長的多通摩擦和磨耗試驗。

大範圍穩健摩擦探查以可用另外的力常數。

spheroconical 金剛石臨時選擇探查與末端半徑 0.7-200 µm。 容易和快速探測替換 (~ 1 分鐘) - 充分地模件與 nanoindentation 和納諾影響模塊。 沒有重新校準必要在 nanoindentationnanoscratch 模塊之間的切換。 穩健 - 沒有故障的危險對裝載的頂頭彈簧的在抓期間。

鳴謝

在 MIT、 SUNY 在 Stonybrook 和 NPL 的研究小組感謝他們與微材料的持續的協作。 特別是奈格爾 Jennett 博士和約翰 Nunn, Krystyn 範 Vliet 教授的組 MIT 的 (可變的細胞和高變形率) 和喇曼辛哈教授的組博士 NPL 的 (快速 DAQ 系統,高變形率) SUNY 的 (動態標準測試)。

參考完整集是可用的是指源文檔。

來源: 「聚合物材料 Nanomechanical 測試」由微材料有限公司的應用註解

關於此來源的更多信息请請參觀微材料

關於微材料

在 1988年設立,微材料有限公司是創新 NanoTest 系統的製造商,為薄膜、塗層和粒狀材料的描述特性和優化的材料研究員提供唯一 nanomechanical 測試功能。 這個當前設計,有利的 NanoTest 在 2011年 6月 1日st 被生成了。

此信息是來源,覆核和適應從微材料提供的材料。

關於此來源的更多信息,请請參觀微材料。

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

Last Update: 18. April 2013 10:22

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