Прибор для динамического механического анализа свойств материалов DMA/SDTA861e

Прибор DMA/SDTA861e производства 2007г. швейцарской фирмы “METTLER TOLEDO” в комплексе с информационно-измерительной системой, управляемой с помощью специализированного пакета программ STARe версии 7.0, предназначен для динамического механического анализа свойств материалов.

Работа может осуществляться в режиме растяжения, сжатия, сдвига и трехточечного изгиба со свободными концами. Опции прибора позволяют расширять его возможности в случае приобретения новых захватов для образцов, например, проводить трехточечный изгиб с закрепленными концами, двухточечный изгиб с одним закрепленным концом и др. Диапазон изменения частоты приложенной гармонической нагрузки 0,002Гц - 200Гц. Амплитуда ее изменения может варьироваться от 0,005Н до 18Н.

Амплитуда деформации может достигать 1600 микрон, что при испытаниях на растяжение для базовой длины образца 10,5мм составляет около 15%. Опции прибора позволяют использовать захваты для образцов с базовой длиной 5,5мм и 19,5мм.

Температура образца может варьироваться в диапазоне от -150°C до +500°C. Для создания повышенной температуры используется встроенная в прибор печь, а для создания пониженной температуры – жидкий азот, помещенный в сосуд Дьюара, который подсоединен к встроенной печи с помощью специальных шлангов.

В процессе эксперимента измеряются:

·       температура образца;
·       амплитуда приложенной силы;
·       амплитуда деформации;
·       сдвиг фаз между напряжением и деформацией;
·       время, прошедшее с начала каждого опыта.

Пакет программ STAR автоматически рассчитывает и позволяет вывести в числовом и графическом виде, кроме измеренных параметров, также: комплексный и динамический модули упругости, модуль потерь, тангенс угла механических потерь и другие характеристики. Диапазон измеряемых модулей – от сотен паскалей до сотен гигапаскалей.

Достоинством данного метода является возможность экспериментальной оценки не только упругих, но и вязких свойств низкомодульных материалов, таких, как полимеры, резины, и т.д. в режиме динамического нагружения при различных частотах, амплитудах и температурах испытания, что невозможно сделать на большинстве обычных испытательных машин.

Описанная методика регулярно используется для проведения научных исследований по региональным грантам, грантам РФФИ и Программе РАН совместно с сотрудниками Института механики сплошных сред УрО РАН. В настоящее время ведутся исследования свойств нанокомпозитов с полиэтиленовой и резиновой матрицами. Изделия из этих материалов применяются как уплотнительные элементы в авиа и ракетостроении, в автомобильной промышленности как основной компонент изделий шинной промышленности и в других областях техники.

Прибор позволяет проводить эксперименты в четырех режимах:

“Force” – амплитуда нагрузки изменяется в заданных пределах с постоянным шагом, заданным в линейной либо логарифмической шкале (частота постоянна, температура не задается, но измеряется);

“Displacement” – амплитуда деформации изменяется в заданных пределах с постоянным шагом, заданным в линейной либо логарифмической шкале (частота постоянна, температура не задается, но измеряется);

“Frequency” – частота изменяется в заданных пределах с постоянным шагом, заданным в линейной либо логарифмической шкале (величина нагрузки либо деформации постоянна, температура не задается, но измеряется);

“Temperature” – температура постоянна либо меняется по линейному или синусоидальному закону с заданной скоростью (частота, величина нагрузки либо деформации постоянны).

Каждый режим позволяет задавать программу испытаний так, что в течение одного опыта постоянный параметр может принимать до десяти дискретных значений.

На рисунке в качестве примера приведены результаты испытаний резины на динамическую растягивающую нагрузку при частоте f=10 Гц в режиме “Temperature” с температурой, изменяющейся по линейному закону от -60°С  до  +100°С.

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИБОРА DMA/SDTA861e

Диапазон частот, Гц

0.002 – 200

Точность, Гц

0.001

Диапазон нагрузок, Н

0.005 – 18

Точность, Н

0,0001

Температурный диапазон, °C

-150.... 500

Точность, °C

± 0.5

Разрешение перемещения, нм

0,6

Работа прибора с печью.
Печь:

-состоит из двух симметричных частей;

-температура каждой части измеряется отдельно;

-температура образца контролируется отдельной термопарой;

-нагревательные элементы гарантируют отсутствие электромагнитных сил;

-быстрое охлаждение парами жидкого азота;

-регулируемый состав атмосферы печи;

-автоматическое открывание печи.

 

Типы деформаций

Прибор DMA/SDTA861e способен работать в шести режимах деформации:

1 – сдвиг;

2 – трехточечный игиб со свободными концами;

3 – трехточечный игиб с закрепленными концами (нет захватов);

4 – двухточечный изгиб с одним закрепленным концом (нет захватов);

5 – растяжение;

6 – сжатие.