Het Meten van de Complexe Modulus van Hoogst Geplastificeerd Polyvinyl Chloride via Van Instrumenten Voorzien Inkeping

Door Jennifer Hay

Besproken Onderwerpen

Inleiding
Indenter Schema
Experimentele Methode
Resultaten en Bespreking
Conclusies
Verwijzingen
Ongeveer Technologieën Agilent

Inleiding

De Polymeren zijn vaak aangewend in techniekontwerpen wegens hun capaciteit om schok en trilling te dempen. De capaciteit van een materiaal wordt energie elastically om op te slaan gekenmerkt door de opslagmodulus (E'); de capaciteit wordt te temperen gekenmerkt door de verliesmodulus (E“). De complexe modulus (E*) wordt vaak gebruikt om polymeren te kenmerken omdat het beide capaciteiten opneemt: E* = E' + d.w.z.“.

Voor bulksteekproeven van materiaal, kan de complexe modulus worden gemeten gebruikend dynamische mechanische analyse (DMA). De steekproef wordt geoscilleerd in spanning, compressie, of kromming, en de complexe modulus wordt bepaald van de reactie van de steekproef op de schommeling. Verscheidene commerciële verkopers bieden apparatuur om dergelijke metingen aan op grote schaal te maken gebruikend DMA. De nanoindentationsystemen van de Technologieën van Agilent met de Ononderbroken optie van de Meting van de Stijfheid worden uitgerust bieden de capaciteit die aan om indenter te oscilleren. Op deze wijze, kan de complexe modulus van een juiste analyse van het contact [1-3] worden bepaald.

De Van Instrumenten Voorzien die inkeping, ook als nanoindentation wordt bekend, biedt twee belangrijke voordelen over DMA aan wanneer het meten van complexe modulus. Eerst, kan de meting op ruimte vastbesloten schaal worden gemaakt, waarbij men wordt toegestaan om de complexe modulus als functie van positie uit te werken. Ten Tweede, omdat de bewegende massa in een nanoindentationsysteem kleiner is, is de resonerende frequentie van de apparatuur hoger, waarbij een grotere frequentiewaaier wordt toegestaan voor het testen.

In het hierin besproken werk, is de dynamische van instrumenten voorzien inkeping aangewend om de complexe modulus van hoogst geplastificeerd polyvinyl chloride (PVC) te meten. De Resultaten van dit werk worden vergeleken met eerder gepubliceerde resultaten voor het zelfde materiaal [4-6].

Voor een grondig literatuuroverzicht en een volledige behandeling van de theorie achter het meten van complexe modulus door dynamische inkeping, te raadplegen gelieve verwijzing [4]. Wij hebben deze theorie op zowel de apparatuur als het contact toegepast om uitdrukkingen voor de complexe modulus in termen van hoeveelheden af te leiden die tijdens een dynamisch inkepingsexperiment [7] worden gemeten.

Indenter Schema

De nanoindentationsystemen van Agilent G200 kunnen behoorlijk door het schema worden vertegenwoordigd in Figuur 1 wordt getoond die. De semi-Statische en dynamische krachten worden elektromagnetisch opgelegd. De indenter kolom wordt gesteund door de twee „blad“ lentes die lateraal stijf maar volgzaam zijn, in de richting van inkeping. De Verplaatsing wordt gemeten gebruikend een drie-plaat capacitieve regeling. Alle drie platen zijn cirkelschijven. De twee buitenplaten worden bevestigd aan het hoofd en hebben gaten in het enkel grote centrum genoeg om de indenter schacht aan te passen. De centrumplaat wordt bevestigd aan de indenter schacht en is vrij om zich verticaal tussen de twee buitenplaten te bewegen. De positie van de indenter kolom binnen het hiaat wordt bepaald door het voltage tussen de centrumplaat en één van beide buitenplaten waar te nemen.

Figuur 1. Schema van het „hoofd“ van een Nano Indenter Agilent systeem.

Experimentele Methode

Hoogst geplastificeerd die PVC in dit werk wordt getest is een product van 3M (OOR c-1002-25). Het materiaal wordt gebruikt om bevochtiging onder en rond zware roterende apparatuur te verstrekken. Het materiaal kwam dik in een klein vierkant blad, ongeveer 6 duim op een kant en een ¼ aan - duim. Één kant van het blad was mechanisch opgepoetst om een oppervlaktelaag te verwijderen. Dan werd een 1 duimvierkant gesneden van het blad en werd opgezet op een aluminiumpuck zoals aangetoond in Figuur 2.

Figuur 2. Hoogst geplastificeerd PVC (3M OOR c-1002-25) opgezet voor het testen.

Agilent Nano Indenter G200 met Ononderbroken de optie en de XP-Stijl van de Meting van de Stijfheid actuator werd gebruikt voor al het testen. Het indenter uiteinde was een vlak-gebeëindigde cilindrische die stempel van diamant wordt gemaakt. De stempel, in Figuur 3 wordt getoond, had een diameter van 107.1 microns dat. Het voordeel van een vlak-gebeëindigde stempel voor dit het testen is dat het contactgebied, en niet een functie van contactdiepte constant is.

Figuur 3. Vlak-Gebeëindigd cilindrisch stempeluiteinde (XP-Stijl houder, 107.1µm diameter).

De testmethode van Agilent NanoSuite „g-Reeksen Complexe Modulus van de Stempel van de Meting van de Stijfheid van XP Ononderbroken Vlakke“ werd gebruikt voor dit werk. Deze testmethode brengt indenter in volledig contact met het testmateriaal, oscilleert indenter over een waaier van frequenties, en past dan de analyse toe. Elke test brengt complexe modulus als functie van frequentie voor een specifieke testplaats op. Veertien tests bij veertien verschillende plaatsen werden uitgevoerd. User-defined input werd geselecteerd die de testvoorwaarden aan te passen door Herbert et al worden gemeld. voor het zelfde materiaal [4-5]. De Tests werden uitgevoerd bij kamertemperatuur.

Resultaten en Bespreking

De Resultaten voor opslagmodulus en verliesfactor worden getoond in Cijfers 4 en 5. De bars van de Fout op de symbolen vertegenwoordigen één standaardafwijking op het gemiddelde.

Figuur 4. De modulus van de Opslag als functie van frequentie zoals die door gebrek en kaliberbepaling in situ wordt bepaald. De Resultaten van dit werk worden met eerder gepubliceerde die resultaten vergeleken door inkeping en DMA [4] worden verkregen.

Figuur 5. De factor van het Verlies als functie van frequentie zoals die door gebrek en kaliberbepaling in situ wordt bepaald. De Resultaten van dit werk worden met eerder gepubliceerde die resultaten vergeleken door inkeping en DMA [4] worden verkregen.

Deze cijfers vergelijken de resultaten van het huidige werk met die verkregen door Herbert et al. [4-5] voor het zelfde materiaal. Herbert et al. wendde zowel DMA (de Instrumenten van TA) en inkeping (Nano Indenter van Agilent XP) aan. Voor inkeping het testen, gebruikten zij een vlak-gebeëindigde stempel van gelijkaardige diameter (~100 microns). Zij gebruikten een testmethode van de douaneinkeping die niet in de handel verkrijgbaar was.

De overeenkomst tussen het heden vloeit en de inkepingsresultaten door Herbert et al worden gemeld die voort. is uitstekend. De Lichte verschillen, vooral bij 50 Herz, kunnen door de lichtjes hogere temperatuur voor de huidige resultaten worden verklaard omdat de eigenschappen van dit materiaal een sterke functie van temperatuur [5] zijn.

Gezien de diepgaande verschillen in testmethode en steekproefmeetkunde, is de overeenkomst met DMA ook opmerkelijk. „Wobble“ in de resultaten van DMA bij hogere frequenties is waarschijnlijk toe te schrijven aan een ontoereikende boekhouding voor instrumenteninvloed, hoewel Herbert et al. rapporteer dat het instrument volgens de instructies van de fabrikant werd gekalibreerd.

De resonerende frequentie van het instrument (hetzij DMA of inkeping) hangt omgekeerd van de bewegende massa af. Namelijk betekent een grotere bewegende massa een lagere resonerende frequentie. Bij het testen van frequenties groter dan de resonerende frequentie, wordt de instrumentenreactie progressief invloedrijker - de dynamische stijfheid scherp van de instrumentenverhogingen. Nauwkeurig wordt voorspellen van deze reactie progressief belangrijker. Daarom biedt een het testen instrument met een kleinere bewegende massa welomlijnde experimentele voordelen aan.

Conclusies

Agilent Nano Indenter G200 werd met succes gebruikt om de complexe modulus van hoogst geplastificeerd polyvinyl chloride te meten. Resultaten goed met die zijn overeengekomen verkregen door anderen die dynamische mechanische analyse (DMA) en dynamische inkeping gebruiken die. De Dynamische inkeping biedt verschillende voordelen over DMA aan. Eerst, kan de complexe modulus plaatselijk voor kleine volumes van materiaal worden gemeten. Ten Tweede, is de instrumentenkaliberbepaling minder kritiek omdat een kleinere bewegende massa betekent dat het instrument een kleinere invloed op de metingen heeft.

Verwijzingen

[1] I.N. Sneddon, de „Relatie tussen lading en penetratie in het axisymmetric probleem Boussinesq voor een stempel van willekeurig profiel,“ Int. J. Sc.i van Eng., Volume 3, blz. 47-56, 1965.

[2] W.C. Oliver en G.M. Pharr, een „Betere techniek om hardheid en elastische modulus te bepalen die lading en verplaatsings het ontdekken inkepingsexperimenten gebruiken,“ J. Mater. Onderzoek., Volume 7 (Nr 6), blz. 1564-1583, 1992.

[3] j-l. Loubet, B.N. Lucas, W.C. Oliver, „Sommige metingen van viscoelastic eigenschappen met behulp van nanoindentation,“ NIST Speciale Publicatie, Volume 896, blz. 31-34, 1995.

[4] B.V. Herbert, W.C. Oliver, G.M. Pharr, „Nanoindentation en de dynamische karakterisering van viscoelastic vaste lichamen,“ J. Phys. D: Appl. Phys., Volume 41, blz. 1-9, 2008.
Volledig - tekst:
http://www.iop.org/EJ/ abstract/0022-3727/41/7/074021/

[5] B.V. Herbert, W.C. Oliver, A. Lumsdaine, G.M. Pharr, „Metend het constitutieve gedrag van viscoelastic vaste lichamen in het tijd en frequentiedomein die vlakke stempelinkeping gebruiken,“ J. Mater. Onderzoek., Volume 24 (Nr 3), 2009.

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

[7] J.L. Hooi, P. Agee, B.V. Herbert, „Ononderbroken stijfheidsmeting tijdens het van instrumenten voorzien inkeping testen,“ Experimentele Technieken, Januari 2010.
Eerste pagina: http://dx.doi.org/10.1111/j.1747- 1567.2010.00618.x

Ongeveer Technologieën Agilent

De de nanotechnologieinstrumenten van de Technologieën van Agilent laten u beeld, manipuleren, en kenmerken een grote verscheidenheid van nanoscale gedrag-elektro, chemisch, biologisch, moleculair, en atoom. Onze toenemende inzameling van de nanotechnologieinstrumenten, toebehoren, software, diensten en verbruiksgoederen kan aanwijzingen openbaren u de nanoscalewereld moet begrijpen.

De Technologieën van Agilent biedt een brede waaier van high-precision atoomkrachtmicroscopen (AFM) aan om aan uw unieke onderzoekbehoeften te voldoen. Configureerbare instrumenten van Agilent staan toe de hoogst u om de mogelijkheden van het systeem als uw behoeften uit te breiden voorkomt. De temperatuur van Agilent industrie-leidt milieusystemen en vloeibare behandeling laat superieure vloeibare en zachte materialenweergave toe. De Toepassingen omvatten materiële wetenschap, elektrochemie, polymeer en leven-wetenschap toepassingen.

Bron: De Technologieën van Agilent

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve Technologieën Agilent

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

Last Update: 14. June 2013 06:50

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit