ỨNG DỤNG KỸ THUẬT DYNAMIC MECHANICAL ANALYZER (DMA)

Khả năng chống va đập là một đặc tính quan trọng đối với nhiều sản phẩm nhựa thương mại. Phân tích cơ học động lực học (DMA) cung cấp một phương pháp thuận tiện để đánh giá khả năng chống va đập trong các vật liệu như polypropylene, polyethylene biến tính.

GIỚI THIỆU

Nghiên cứu khả năng chịu va đập đột ngột của nhựa rất quan trọng trong các ứng dụng của chúng như đồ chơi trẻ em và cản xe hơi. Nhiều loại nhựa nguyên chất bao gồm polystyrene và polypropylene không có đặc tính chịu va đập rất tốt. Do đó, một polyme thứ hai có thể được thêm vào để cải thiện khả năng này. Nói chung, polyme được thêm vào cải thiện khả năng chống va đập vì nó thể hiện các chuyển động phân tử ở nhiệt độ thấp giúp "hấp thụ và tiêu tán" năng lượng bổ sung có sẵn khi va chạm, do đó ngăn ngừa sự đứt gãy liên kết (vỡ).

Các kỹ thuật truyền thống để đo độ bền va đập đòi hỏi quá trình chuẩn bị mẫu kéo dài và thường không thể lặp lại. Ví dụ, phương pháp ASTM Drop Weight Impact (DWI) D-3029 yêu cầu phép đo tác động trên 30 mẫu để có được kết quả thống kê tốt. Ngoài ra, mỗi mẫu phải được chuẩn bị bằng phương pháp “high quality injection molding”, tiếp theo là điều hòa nhiệt độ ở -29⁰C trong 24 giờ trước khi thử nghiệm.

Phân tích Cơ học Động học (DMA) cung cấp một giải pháp thay thế nhanh chóng, dễ sử dụng cho các phép đo DWI. DMA đo tính chất mô đun (độ cứng) và giảm xóc (tiêu tán năng lượng) của vật liệu khi vật liệu bị biến dạng dưới ứng suất tuần hoàn. Thông tin giảm chấn thu được có thể tương quan với các đặc tính va đập của các vật liệu như poly-etylen, polypropylen biến tính.

THÍ NGHIỆM

Trong DMA, mẫu được kẹp giữa hai đầu của hai cánh tay song song, được gắn trên các trục có độ uốn lực thấp cho phép chuyển động chỉ trong mặt phẳng nằm ngang. Một động cơ điện từ gắn với một cánh tay sẽ điều khiển hệ thống cánh tay / mẫu đến một biến dạng (biên độ) do người vận hành lựa chọn. Khi hệ thống cánh tay / mẫu bị dịch chuyển, mẫu trải qua biến dạng uốn. Bộ chuyển đổi vi sai biến đổi tuyến tính (LVDT) được gắn trên một cánh tay đo phản ứng của mẫu đối với ứng suất tác dụng. Mẫu có thể được đánh giá ở một tần số cố định do người vận hành xác định hoặc ở tần số cộng hưởng của mẫu được xác định chủ yếu bởi hình dạng và nhiệt độ của mẫu. Chế độ sau (cộng hưởng) nhạy cảm hơn với các chuyển đổi giảm xóc tinh vi trong mẫu, và do đó được ưu tiên cho các nghiên cứu về độ bền va đập. Trong ví dụ này, các mẫu polypropylene biến tính bằng polyetylen có chứa các mức polyetylen khác nhau được đánh giá từ -150 đến 70⁰C trong khi gia nhiệt ở 5⁰C / phút trong nitơ. Các mẫu được gắn theo chiều dọc để tạo ra các hình chữ nhật với kích thước xấp xỉ dài 19,1 mm x rộng 12,1 mm x dày 3,18 mm.

CÁC KẾT QUẢ

Hình 1 cho thấy tần số DMA và các đường cong giảm chấn điển hình cho một polypropylene đã được sửa đổi tác động. Bốn cực đại tắt dần là kết quả của các chuyển động phân tử khác nhau (chuyển động thư giãn). Hai đỉnh giảm nhiệt ở nhiệt độ cao hơn (37⁰C và 5⁰C) có liên quan đến sự chuyển tiếp α và β của polypropylene. Các đỉnh ôn 

đới thấp hơn ở -50⁰C và -110⁰C là do chất điều chỉnh tác động polyetylen. Các nghiên cứu về một loạt các polypropylene được biến đổi với các mức polyethylene khác nhau chỉ ra rằng cường độ của đỉnh giảm chấn -110oC tương quan tốt với các giá trị Tác động trọng lượng rơi ASTM D-3029.

Hình 2 cho thấy đồ thị tổng hợp của các đường cong giảm chấn DMA cho sáu công thức khác nhau. Biểu đồ của giá trị đỉnh tan so với giá trị DWI được thể hiện trong Hình 3. Các giá trị tan δ được vẽ biểu đồ là giá trị trung bình của tối đa bốn phép đo; giá trị DWI, lên đến 30 phép đo. Hệ số biến thiên tổng hợp cho các giá trị tan d là + 8,2% so với + 13% đối với thử nghiệm ASTM D-3029 DWI. Đối với những dữ liệu này, đường cong tương quan trong Hình 3 phù hợp với phương trình:

y = 0,0197 x 0,135 trong đó y = tan δ

và x = Tác động giảm trọng lượng

Hai đường cong đường chấm chấm biểu thị ranh giới độ lệch chuẩn trên và dưới cho các giá trị tan δ. Do đó, đường cong có thể được sử dụng như một kỹ thuật sàng lọc nhanh chóng và đơn giản để xếp hạng các polypropylene theo khả năng kháng thuốc tương đối. Ví dụ: các vật liệu có giá trị tan δ trên 0,028 có thể có giá trị DWI trên 10 joules (7,4 ft. Lb.). Một lưu ý bổ sung - Các tính chất tác động phụ thuộc rất nhiều vào các khuyết tật bề mặt đóng vai trò là vị trí bắt đầu nứt. Chúng cũng bị ảnh hưởng bởi mức độ phân tán của chất điều chỉnh tác động trong nền polyme. Do đó, điều rất quan trọng là phải đảm bảo các điều kiện chuẩn bị giống hệt nhau đối với các mẫu va đập được sử dụng để thiết lập tương quan tan delta và độ bền va đập.

                         Bảng một số thông số kỹ thuật sản phẩm DMA 850 của TA Instruments