Misurazione del Modulo Complesso del Cloruro Di Polivinile Altamente Plastificato via la Dentellatura Fornita

Dal Fieno di Jennifer
Promosso dalle Tecnologie di Keysight

Argomenti Coperti

Introduzione
Disegno Schematico del Penetratore
Metodo Sperimentale
Risultati e Discussione
Conclusioni
Riferimenti
Circa le Tecnologie di Keysight

Introduzione

I Polimeri sono impiegati spesso in progetti tecnici a causa della loro capacità di ammortizzare la scossa e la vibrazione. La capacità di un materiale elastico di memorizzare l'energia è caratterizzata dal modulo di archiviazione (E'); la capacità di ammortizzare è caratterizzata dal modulo di perdita (E "). Il modulo complesso (E*) è usato spesso caratterizzare i polimeri perché comprende entrambe capacità: E* = E' + IE„.

Per i campioni globali di materiale, il modulo complesso può essere misurato facendo uso dell'analisi meccanica dinamica (DMA). Il campione è oscillato nella tensione, nella compressione, o nella curvatura ed il modulo complesso è risoluto dalla risposta del campione all'oscillazione. Parecchi venditori commerciali offrono la strumentazione per effettuare tali misure su grande scala facendo uso di DMA. I sistemi di nanoindentation delle Tecnologie di Keysight forniti dell'opzione Continua di Misura di Rigidezza offrono la capacità di oscillare il penetratore. In questo modo, il modulo complesso può essere risoluto da un'analisi adeguata del contatto [1-3].

La dentellatura Fornita, anche conosciuta come il nanoindentation, offre due vantaggi importanti sopra DMA quando misura il modulo complesso. In Primo Luogo, la misura può essere effettuata su un disgaggio nello spazio risolto, così permettendo che si pianifichi il modulo complesso in funzione della posizione. In Secondo Luogo, perché la massa mobile in un sistema di nanoindentation è più piccola, la frequenza di risonanza della strumentazione è più alta, così permettendo un più vasto intervallo di frequenza per provare.

Nel lavoro discusso qui, la dentellatura fornita dinamica è impiegata per misurare il modulo complesso del cloruro di polivinile altamente plastificato (PVC). I Risultati da questo lavoro sono paragonati ai risultati precedentemente pubblicati per lo stesso materiale [4-6].

Per una revisione bibliografica accurata e un trattamento completo della teoria dietro la misurazione del modulo complesso dalla dentellatura dinamica, consulti prego il riferimento [4]. Abbiamo applicato questa teoria sia alla strumentazione che al contatto per derivare le espressioni per il modulo complesso in termini di quantità che sono misurate durante l'esperimento dinamico della dentellatura [7].

Disegno Schematico del Penetratore

I sistemi di nanoindentation di Keysight G200 possono essere rappresentati correttamente dal disegno schematico come appare Figura 1. Semi-Statica e le forze dinamiche sono imposte elettromagneticamente. La colonna del penetratore è supportata entro due sorgenti “della foglia„ che sono lateralmente rigide, ma compiacente in direzione della dentellatura. Lo Spostamento è misurato facendo uso di una disposizione capacitiva della tre-zolla. Tutte E tre le zolle sono dischi circolari. Le due zolle esterne sono fissate alla testa ed hanno fori nel centro appena abbastanza grande per accomodare l'asta cilindrica del penetratore. La zolla concentrare è fissata all'asta cilindrica del penetratore ed è libera di muoversi verticalmente fra le due zolle esterne. La posizione della colonna del penetratore all'interno della differenza è determinata osservando la tensione fra la zolla concentrare e l'una o l'altra delle due zolle esterne.

Figura 1. Disegno Schematico “della testa„ di un sistema Nano del Penetratore di Keysight.

Metodo Sperimentale

Il PVC altamente plastificato provato in questo lavoro è un prodotto di 3M (ORECCHIO C-1002-25). Il materiale è usato per fornire ammortizzare sotto ed intorno a strumentazione girante pesante. Il materiale è arrivato in una piccola lamiera sottile quadrata, in circa 6 pollici da un lato e nel ¼ - misuri densamente. Un lato della lamiera sottile è stato lucidato meccanicamente per rimuovere uno strato superficiale. Poi un quadrato a 1 pollici è stato tagliato dalla lamiera sottile ed è stato montato su un disco di alluminio secondo le indicazioni di Figura 2.

La Figura 2. PVC (ORECCHIO Altamente plastificato C-1002-25 di 3M) ha montato per provare.

un Penetratore Nano G200 di Keysight con opzione Continua di Misura di Rigidezza e l'azionatore stile XP è stato usato per tutta la prova. Il suggerimento del penetratore era una perforazione cilindrica piano-cessata fatta del diamante. La perforazione, come appare Figura 3, ha avuta un diametro di 107,1 micron. Il vantaggio di una perforazione piano-cessata per questa prova è che l'area di contatto è costante e non una funzione di profondità del contatto.

Figura 3. Piano-Ha Cessato il suggerimento cilindrico della perforazione (supporto, diametro stile XP di 107.1µm).

Il metodo di prova “Modulo Complesso di Keysight NanoSuite di Rigidezza di XP di G-Serie della Perforazione Piana Continua di Misura„ è stato usato per questo lavoro. Questo metodo di prova mette il penetratore in contatto completo con il materiale della prova, oscilla il penetratore sopra un intervallo delle frequenze e poi applica l'analisi. Ogni prova rende il modulo complesso in funzione di frequenza per un'area campione specifica. Quattordici prove a quattordici siti differenti sono state eseguite. Gli input Definiti Dall'utente sono stati selezionati per abbinare le condizioni di prova riferite da Herbert et al. per lo stesso materiale [4-5]. Le Prove sono state effettuate alla temperatura ambiente.

Risultati e Discussione

I Risultati per il modulo di archiviazione ed il fattore di perdita sono indicati nella Figure 4 e 5. barre di Errore sui simboli rappresentano una deviazione standard in media.

Figura 4. modulo di Archiviazione in funzione di frequenza come determinato per difetto e della calibratura in situ. I Risultati da questo lavoro sono paragonati ai risultati precedentemente pubblicati ottenuti dalla dentellatura e dal DMA [4].

Figura 5. fattore di Perdita in funzione di frequenza come determinato per difetto e della calibratura in situ. I Risultati da questo lavoro sono paragonati ai risultati precedentemente pubblicati ottenuti dalla dentellatura e dal DMA [4].

Queste figure paragonano i risultati del lavoro attuale a quelli ottenuti da Herbert et al. [4-5] per lo stesso materiale. Herbert et al. ha impiegato sia il DMA (Strumenti di TUM) che la dentellatura (Penetratore Nano di Keysight XP). Per la prova della dentellatura, hanno usato una perforazione piano-cessata di simile diametro (~100 micron). Hanno usato un metodo di prova su ordinazione della dentellatura che non era disponibile nel commercio.

L'accordo fra i risultati del presente ed i risultati della dentellatura riferiti da Herbert et al. è eccellente. Le Leggere differenze, particolarmente a 50 Hertz, possono essere spiegate dalla temperatura leggermente più alta per i risultati attuali perché i beni di questo materiale sono una forte funzione della temperatura [5].

Dato le differenze profonde nel metodo di prova e nella geometria del campione, l'accordo con DMA è egualmente eccezionale. “La vacillazione„ nei risultati di DMA alle più alte frequenze è probabilmente dovuto un'influenza rappresentante insufficiente dello strumento, sebbene rapporto di Herbert et al. che lo strumento è stato calibrato secondo le istruzioni del produttore.

La frequenza di risonanza dello strumento (se DMA o dentellatura) dipende inversamente dal Massachusetts mobile Cioè che la più grande massa mobile significa una frequenza di risonanza più bassa. Alle frequenze difficili maggiori della frequenza di risonanza, la risposta dello strumento diventa progressivamente più influente - la rigidezza dinamica degli aumenti dello strumento marcato. Esattamente predire questa risposta diventa progressivamente più importante. Di Conseguenza, uno strumento di prova con la più piccola massa mobile offre i vantaggi sperimentali definiti.

Conclusioni

Il Penetratore Nano G200 di Keysight è stato usato con successo per misurare il modulo complesso del cloruro di polivinile altamente plastificato. I Risultati hanno acconsentito bene con quelli ottenuti da altri facendo uso dell'analisi meccanica dinamica (DMA) e della dentellatura dinamica. La dentellatura Dinamica offre i vantaggi distinti sopra DMA. In Primo Luogo, il modulo complesso può essere misurato localmente per i piccoli volumi di materiale. In Secondo Luogo, la calibratura dello strumento è meno critica perché la più piccola massa mobile significa che lo strumento ha una più piccola influenza sulle misure.

Riferimenti

[1] I.N. Sneddon, “La relazione fra il caricamento e l'infiltrazione nel problema axisymmetric di Boussinesq per una perforazione del profilo arbitrario,„ Int. J. Ing Sci., Volume 3, Pp. 47-56, 1965.

[2] W.C. Oliver e G.M. Pharr, “Una tecnica migliore per la determinazione del modulo elastico e di durezza facendo uso del caricamento e spostamento che percepisce gli esperimenti della dentellatura,„ J. Mater. Ricerca., Volume 7 (No. 6), Pp. 1564-1583, 1992.

[3] J-L. Loubet, B.N. Lucas, W.C. Oliver, “Alcune misure dei beni viscoelastici con l'aiuto del nanoindentation,„ Pubblicazione Speciale del NIST, Volume 896, Pp. 31-34, 1995.

[4] PER ESEMPIO Herbert, W.C. Oliver, G.M. Pharr, “Nanoindentation e la caratterizzazione dinamica dei solidi viscoelastici,„ J. Phys. D: Appl. Phys., Volume 41, Pp. 1-9, 2008.
Testo Integrale:
http://www.iop.org/EJ/ abstract/0022-3727/41/7/074021/

[5] PER ESEMPIO Herbert, W.C. Oliver, A. Lumsdaine, G.M. Pharr, “Misurando il comportamento costitutivo dei solidi viscoelastici nel dominio di frequenza e di tempo facendo uso della dentellatura piana della perforazione,„ J. Mater. Ricerca., Volume 24 (No. 3), 2009.

[6] http://en.wikipedia.org/wiki/Polyvinyl_chloride

[7] J.L. Fieno, P. Agee, PER ESEMPIO Herbert, “misura Continua di rigidezza durante la prova fornita della dentellatura,„ Tecniche Sperimentali, Gennaio 2010.
Prima pagina: http://dx.doi.org/10.1111/j.1747- 1567.2010.00618.x

Circa le Tecnologie di Keysight

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Sorgente: Tecnologie di Keysight

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Date Added: Jun 8, 2011 | Updated: Dec 16, 2014

Last Update: 16. December 2014 07:33

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