取り付けられた刻み目による非常に柔軟にされたポリ塩化ビニールの複雑な係数の測定

ジェニファーの干し草によって

カバーされるトピック

導入
圧子の設計図
実験方法
結果および議論
結論
参照
Agilent の技術について

導入

ポリマーは頻繁に弱まる機能のために技術設計で衝撃を与えます振動用いられ。 弾力的にエネルギーを保存する材料の能力は記憶の係数 (E」) によって特徴付けられます; 弱まる機能は損失の係数 (E」) によって特徴付けられます。 両方の容量を組み込むので複雑な係数 (E*) は頻繁に使用されますポリマーを特徴付けるために: E* = E」 + iE」。

材料のバルクサンプルのために、複雑な係数はダイナミックな機械分析を使用して測定することができます (DMA)。 サンプルは張力、圧縮、またはくねりで振動し、複雑な係数はサンプルの応答から振動への断固としたです。 何人かの商業ベンダーは DMA を使用してそのような大規模な測定ための装置を提供します。 連続的な剛さの測定オプションが装備されている Agilent の技術の nanoindentation システムは振動する機能を圧子提供します。 このように、複雑な係数は接触 [1-3] の適切な分析から断固としたである場合もあります。

取り付けられた刻み目は、別名 nanoindentation は、複雑な係数を測定するとき DMA 上の 2 つの重要な利点があります。 最初に従って、測定は空間的に解決されたスケールで作ることができま位置の機能として複雑な係数をマップするように 1 つがします。 2 番目に従って nanoindentation システムの移動大容量がより小さいので、装置の共振周波数はより高く、テストのためのより大きい周波数範囲を許可します。

ここに論議される非常に柔軟にされたポリ塩化ビニール (PVC) の複雑な係数を測定するために作業ではダイナミックな取り付けられた刻み目は用いられます。 この作業からの結果は同じ材料 [4-6] のための前に出版された結果と比較されます。

ダイナミックな刻み目による複雑な係数の測定の後ろの理論の完全な文献検討そして完全な処置のために、参照 [4] 相談して下さい。 私達は装置および接触両方にダイナミックな刻み目の実験 [7] の間に測定される量の点では複雑な係数のための表現を得るためにこの理論を適用しました。

圧子の設計図

Agilent G200 の nanoindentation システムは半静的な図 1. で示されている設計図によってきちんと表すことができ、ダイナミックな力は電磁気的に課されます。 圧子のコラムは横に堅い、しかし刻み目の方に対応サポートされます 2 「葉」のばねまでに。 変位は 3 版の容量性整理を使用して測定されます。 3 つの版はすべて円のディスクです。 2 つの外の版はヘッドに固定され、圧子シャフトを取り扱う十分に大きい中心の穴をちょうど備えています。 中心の版は圧子シャフトに固定され、 2 つの外の版の間で縦に移動して自由です。 ギャップ内の圧子のコラムの位置は中心の版と 2 つの外の版のどちらか間の電圧の観察によって定められます。

Agilent の Nano 圧子システムの 「ヘッド」の図 1. 設計図。

実験方法

この作業でテストされる非常に柔軟にされた PVC は 3M (耳 C-1002-25) の製品です。 材料が重い回転装置の下でそしてのまわりで弱まることを提供するのに使用されています。 材料は側面の小さい正方形シート、およそ 6 インチおよび ¼ で着きました - 厚くじりじり動かして下さい。 シートの 1 つの側面は機械的に表面層を除去するために磨かれました。 それから 1 インチの正方形はシートから切られ、アルミニウムパックに図 2. に示すように取付けられました。

図 2. 非常に柔軟にされた PVC (3M の耳 C-1002-25) はテストのために取付けました。

連続的な剛さの測定オプションおよび XP 式のアクチュエーターを搭載する Agilent の Nano 圧子 G200 はすべてのテストのために使用されました。 圧子の先端はダイヤモンドから成っていた平ら終了された円柱穿孔器でした。 図 3 で示されている穿孔器に 107.1 ミクロンの直径がありました。 このテストのための平ら終了された穿孔器の利点は接触域が一定している、接触の深さのない機能ことであり。

図 3. は円柱穿孔器の先端 (XP 式のホールダー、 107.1µm の直径) を平ら終了しました。

Agilent NanoSuite テスト方法 「G シリーズ XP 連続的な剛さ測定平らな穿孔器複雑な係数」のこの作業のために使用されました。 このテスト方法はテスト材料が付いている完全な接触に圧子を持って来、圧子頻度の範囲上の振動し、そして次に分析を適用します。 各テストは特定のテストサイトのための頻度の機能として複雑な係数をもたらします。 14 のサイトの 14 のテストは行われました。 ユーザが定義する入力は同じ材料 [4-5] のためのハーバートが等報告したテスト条件に一致させるために選ばれました。 テストは室温で行なわれました。

結果および議論

記憶の係数および損失係数のための結果は図 4 で示され、記号の 5. のエラー棒は平均の 1 つの標準偏差を表します。

デフォルトで定められる頻度およびそのままの口径測定の機能として図 4. 記憶の係数。 この作業からの結果は刻み目および DMA [4] によって得られる前に出版された結果と比較されます。

デフォルトで定められる頻度およびそのままの口径測定の機能として図 5. 損失係数。 この作業からの結果は刻み目および DMA [4] によって得られる前に出版された結果と比較されます。

これらの図は同じ材料のためのハーバートが等得るそれらと現在の作業の結果を [4-5] 比較します。 ハーバートは等 DMA (TA の器械) および刻み目両方 (Agilent XP の Nano 圧子) を用いました。 刻み目のテストのために、それらは同じような直径 (~100 ミクロン) の平ら終了された穿孔器を使用しました。 それらは商用化されていなかったカスタム刻み目テスト方法を使用しました。

ハーバートが報告する現在の結果と刻み目の結果間の一致は等優秀です。 50 の Hz のわずかな相違は、特に現在の結果のためのわずかにより高い温度によって、この材料の特性が温度 [5] の強い機能であるので説明されるかもしれません。

テスト方法およびサンプル幾何学の深遠な相違を与えられて、 DMA の一致はまた顕著です。 より高い頻度の DMA の結果の 「動揺」は器械の影響のための不十分な会計が多分原因、が器械が製造業者の命令に従って目盛りが付いていたというハーバートの等レポートです。

器械の共振周波数は移動大容量によって (かどうか DMA か刻み目) 逆に決まります。 すなわち、より大きい移動大容量はより低い共振周波数を意味します。 共振周波数より大きいテストの頻度で器械の応答は漸進的に影響を及ぼすように - 器械の増加のダイナミックな剛さはっきりとなります。 正確にこの応答を予測することは漸進的により重要になります。 従って、より小さい移動大容量が付いているテストの器械は確定実験利点があります。

結論

Agilent の Nano 圧子 G200 が正常に非常に柔軟にされたポリ塩化ビニールの複雑な係数を測定するのに使用されました。 結果はダイナミックな機械分析およびダイナミックな刻み目を使用して他得られたそれら (DMA)とよく一致しました。 ダイナミックな刻み目は DMA 上の個別の利点があります。 最初に、複雑な係数は材料の小さいボリュームのために局部的に測定することができます。 2 番目に、器械の口径測定は器械に測定のより小さい影響があることをより小さい移動大容量が意味するのでより少なく重大です。

参照

[1] I.N. Sneddon、 「任意のプロフィールの穿孔器のための Boussinesq axisymmetric 問題のロードと浸透間の関係」、 Int。 J. イギリス Sci。、 Vol. 3、 PP。 47-56、 1965 年。

[2] W.C. オリバーおよび G.M. Pharr、 「ロードを使用して硬度および弾性率を定めるための改善された刻み目の実験を感じる技術そして変位」 J. Mater。 Res.、 Vol. 7 (第 6)、 PP。 1564-1583 1992 年。

[3] J-L. Loubet、 B.N. ルーカス、 W.C. オリバー、 「nanoindentation の助けによる粘弾性がある特性のある測定」、 NIST の特別な書、 Vol. 896、 PP。 31-34、 1995 年。

[4] 粘弾性がある固体の例えばハーバート、 W.C. オリバー、 G.M. Pharr、 「Nanoindentation およびダイナミックな性格描写」、 J. Phys。 D: Appl. Phys。、 Vol. 41、 PP。 1-9、 2008 年。
全文:
http://www.iop.org/EJ/ abstract/0022-3727/41/7/074021/

[5] 例えばハーバート、 W.C. オリバー、 A. Lumsdaine、 G.M. Pharr、 「時間および周波数領域の粘弾性がある固体の構成する動作を」、 J. Mater 平らな穿孔器の刻み目を使用して測定します。 Res.、 Vol. 24 (第 3) 2009 年。

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

[7] J.L. 干し草、 P. Agee、例えばハーバート、 「取り付けられた刻み目のテストの間の連続的な剛さの測定」、実験技術、 2010 年 1 月。
最初ページ: http://dx.doi.org/10.1111/j.1747- 1567.2010.00618.x

Agilent の技術について

Agilent の技術のナノテクノロジーの器械は画像可能にし、処理し、そして動作電気、化学、生物的、分子、および原子いろいろ nanoscale を特徴付けます。 ナノテクノロジーの器械、アクセサリ、ソフトウェア、サービスおよび消耗品の私達の成長するコレクションはあなたが nanoscale の世界を理解する必要がある糸口を明らかにすることができます。

Agilent の技術は一義的な研究の必要性を満たすために高精度の原子力の顕微鏡 (AFM)の広い範囲を提供します。 Agilent の非常に設定可能な器械は必要性が発生すると同時にシステム・ケイパビリティを拡大することを可能にします。 Agilent の工業一流の環境の温度システムおよび流動処理は優秀な液体および柔らかい材料イメージ投射を可能にします。 アプリケーションは物質科学、電気化学、ポリマーおよび人生の科学アプリケーションを含んでいます。

ソース: Agilent の技術

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Date Added: Jun 8, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 07:02

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