Language
Country/Area
No result found
Модуль накопления и модуль потерь: каковы два основных секрета динамического механического анализа?
Динамический механический анализ (ДМА) — это метод изучения и определения характеристик материалов, особенно вязкоупругого поведения полимеров. Этот аналитический метод включает в себя приложение синусоидальной волны напряжения и измерение деформации материала. Таким образом можно определить составной модуль материала. Изменяя температуру образца или частоту напряжения, можно наблюдать изменения модуля композита, что позволяет исследователям определить температуру стеклования материала и идентифицировать переходы, соответствующие другим молекулярным движениям.
Характеристики вязкоупругих материалов
Полимеры, состоящие из длинных молекулярных цепей, обладают уникальными вязкоупругими свойствами, сочетающими в себе характеристики упругих твердых тел и ньютоновских жидкостей. Традиционная теория упругости описывает механические свойства упругих твердых тел, в которых напряжение и деформация пропорциональны при небольших деформациях, и эта реакция на напряжение не зависит от скорости деформации. Реологическая теория жидкостей описывает свойства вязких жидкостей, в которых реакция на напряжение зависит от скорости деформации. Поскольку полимеры обладают свойствами как твердого, так и жидкого поведения, это поведение можно смоделировать механически с помощью комбинации пружин и демпферов, что позволяет вязкоупругим материалам, таким как асфальт, проявлять как упругое, так и вязкое поведение.
Динамический модуль полимера
DMA изучает вязкоупругие свойства полимеров, прикладывая к материалу синусоидальную силу (напряжение σ) и измеряя возникающее в результате смещение (деформацию). Для идеально эластичного твердого тела результирующие деформация и напряжение полностью совпадают по фазе, тогда как для чисто вязкой жидкости фазовая задержка деформации составляет 90 градусов относительно напряжения; Вязкоэластичность полимера проявляет промежуточные свойства, поэтому в тесте ДМА происходит определенная фазовая задержка.
Модуль накопления измеряет запасенную энергию и представляет собой упругую часть, а модуль потерь измеряет энергию, преобразованную в тепло, и представляет вязкую часть;
Вывод динамического модуля
При проведении деформационных испытаний взаимосвязь между напряжением и деформацией описывается как: напряжение σ(t) и деформация ε(t) в зависимости от времени. ситуацию можно выразить так:
Эти математические выражения вносят изменения в составной модуль, модуль упругости и модуль потерь во временную случайность и разность фаз деформации. В конечном итоге это выражение помогает ученым понять, как материалы ведут себя при различных нагрузках и температурах, и может обеспечить поддержку данных для многих промышленных приложений.
Приложение
Измерение температуры стеклования
Важным применением ДМА является измерение температуры стеклования полимеров. Аморфные полимеры имеют разные температуры стеклования, выше которых материал проявляет эластичное, а не стеклообразное поведение, его жесткость значительно снижается, а вязкость снижается. В точке стеклования модуль упругости значительно снижается, а модуль потерь является самым высоким. ДМА посредством температурного сканирования часто используется для характеристики температуры стеклования материалов.
Полимерная композиция
Изменение мономера и сшивающих компонентов может увеличить или изменить функциональность полимера, тем самым влияя на результаты, полученные с помощью ДМА. Например, когда мономер этиленпропилендиена (EPDM) смешивается с бутадиен-стирольным каучуком (SBR), разные системы сшивки или отверждения будут проявлять разные физические свойства. DMA может эффективно оценить смешанные свойства полимера, тем самым помогая оптимизировать характеристики материала.
Инструменты и их типы
Приборы DMA состоят из датчиков смещения, систем контроля температуры, приводных двигателей и приспособлений для отбора проб. В зависимости от содержания измерения подготовка и обработка образца будут различаться. В настоящее время существует два основных типа анализаторов DMA: анализаторы принудительного резонанса и анализаторы свободного резонанса. Чаще используются анализаторы принудительного резонанса. Эти инструменты заставляют образец колебаться с определенной частотой и подходят для измерения температуры.
Эти методы широко используются в промышленности и исследованиях. Задумывались ли читатели в процессе изучения свойств и характеристик материалов о том, какие еще потенциальные области могут быть полезны от применения этих методов динамического механического анализа?
