Uvod u Dinami ku mehani ku analizu (DMA)
Dinami ka mehani ka analiza (DMA) je tehnika koja je sve
prisutnija u analiti kim laboratorijama. Me utim, i dalje je
tretirana sa zadr kom i nelagodom, verovatno zbog toga to je, kao
tehnika, uzeta iz oblasti reologije. Reologija, koja prou ava
deformaciju i te ljivost materijala, je oblast in enjerstva i
karakterizacije materijala koja zahteva visok nivo matemati ke
sofisticiranosti. Iako se dobar deo reologa ne sla e sa ovom
tvrdnjom [1], ve ina hemi ara nema niti vremena, niti sklonosti da
se dovoljno udubi u literaturu da se ose aju lagodno pri kori enju
ove tehnike. Tako e nemaju interesa za razradu gradivnih jedna ina
koje sa injavaju veliki deo literature. Bilo kako bilo, DMA je
tehnika koja ne zahteva veliku koli inu treninga da bi se koristila
kao metoda za karakterizaciju materijala. Ona pru a informacije o
glavnim prelazima, kao i o sekundarnim i tercijarnim prelazima,
koji nisu lako uo ljivi drugim metodama. Tako e, ova tehnika omogu
ava karakterizaciju zajedni kih osobina materijala koje direktno
uti u na njegove performanse. U zavisnosti od sagovornika, ista
tehnika se mo e zvati dinami ka mehanini ka analiza (DMA), prisilno
oscilatorno merenje, dinami ka mehani ka termi ka analiza (DMTA),
dinami ka termomehani ka analiza, pa ak i dinami ka reologija.
Imenovanje tehnike zavisi od razvoja prvobitnih instrumenata od
strane razli itih specijalnosti (in enjerstva, hemije, polimerne
fizike), kao i od razli itih tr i ta gde se upotrebljava. Pored
toga, imena prvih proizvo a a DMA ure aja se esto koriste umesto
imena same tehnike, na isti na in kao to je Kleenex postao sinonim
za papirne maramice. U ovom radu, DMA e biti kori en za opisivanje
tehnike primene oscilatorne ili pulsiraju e sile na uzorak.
1. Kratka istorija DMA
Prve poku aje eksperimenata sa oscilatornim merenjima, a u cilju
ispitivanja elasti nih svojstava materijala, je radio Poynting jo
1909 god. [2]. Drugi radovi u za etku ove tehnike su opisali metode
razli ite primene oscilatornih deformacija za ispitivanje metala
[3], a veliki broj ranih eksperimentalnih tehnika su obja njene od
strane Nijenhuis-a 1978 god. [4]. Miller-ova knjiga o osobinama
polimera [5] se poziva na dinami ka merenja u ranoj diskusiji
molekulske strukture i vrsto e. Prvobitni komercijalni instrumenti
uklju uju Weisenberg-ov reogoniometar (~1950) i Reovibron (~1958).
Weisenberg-ov reogoniometar, koji je dominirao merenjima sa kupom i
plo om vi e od 20 godina, je bio komercijalna verzija prvog
instrumenta koji je merio normalne sile [3]. Do vremena kad je
Ferry napisao Viskoelasti ne osobine polimera 1961 god. [7], dinami
ka merenja su postala sastavni deo nauke o polimerima. Ferry je
ujedno i pru io najbolji postoje i razvoj teorije. 1967., McCrum i
saradnici su sakupili sve, do tada, prisutne informacije o DMA i
DEA (dielektri na analiza) i objavili ih u svojoj knjizi [8]. Ova
tehnika je prili no specijalizovana do kasnih 1960-ih, kada su
komercijalni instrumenti postali pristupa niji i lak i za kori
enje. Oko 1966, J.
Gilham je razvio Torzioni Vrp asti Analizator [9] i time je zapo
et moderan period u razvoju DMA. 1971. godine J. Starita i C.
Macosko [10] su napravili DMA koji meri normalne sile [10], to je
dovelo do osnivanja Reometrijske korporacije. 1976. godine Bohlin
je tako e razvio komercijalni DMA i osnovao Bohlin Rheologia
kompaniju. Oba instrumenta su koristila torzionu geometriju.
Prvobitni instrumenti su, me utim, bez obzira na proizvo a a, bili
te ki za kori enje, spori i limitirani u mogu nosti obrade
podataka. U kasnim 1970-im, Murayama [11] i Read i Brown [12] su
napisali knjige o upotrebi DMA za karakterizaciju materijala.
Nekoliko termi kih i reolo kih kompanija je prezentovalo svoje
verzije ure aja tokom ovog perioda, a danas ve ina termi kih i
reolo kih proizvo a a ima u svojoj ponudi neki tip DMA ure aja.
Polimerne laboratorije su nudile Dinami ki mehani ki termi ki
analizator (DMTA) sa aksijalnom geometrijom ranih 1980-ih to je
dovelo do proizvodnje ovog ure aja u kompaniji Du Pont.
Perkin-Elmer je razvio analizator sa kontrolisanom silom koji je
zasnovan na njihovom termomehani kom analizatoru (TMA), a koji je
bio u mogu nosti merenja sa pove anom krajnjom osetljivo u.
Konkurencija me u proizvo a ima je dovela do br ih, jeftinijih i
instrumenata koji su lak i za upotrebu. Revolucija u kompjuterskoj
tehnologiji i razvoj kompjutera i softvera dovodi do promena, jer
DMA instrumenti postaju lak i za upotrebu i dobijaju sadasnji
izgled i upotrebljivost.
2. Osnovni principi
DMA se upro eno mo e opisati kao primena oscilatorne sile na
uzorak i analiza odgovora materijala na tu silu. (Slika 1). Ovo je,
me utim, pojednostavljeno obja njenje. Analizom rezultata merenja
mogu se izra unati osobine kao to su tendencija te enja (koja se
naziva viskozitet) iz faze zaostajanja, i vrsto a (moduo) iz
oporavka uzorka. Ove osobine se uglavnom opisuju kao sposobnost
gubitka energije u vidu toplote (prigu enje) i sposobnost oporavka
od deformacije (elasti nost). Jedan od na ina da se opi u ovi
rezultati je relaksacija polimernih lanaca [13], dok bi drugi bio
opisivanje promena u slobodnim zapreminama molekula polimera koje
se de avaju [14]. Oba obja njenja omogu avaju korisniku da
vizualizuje i opi e promene u uzorku. Sila koja se primenjuje na
uzorak se naziva napon i obele ava se gr kim slovom . Kada je
uzorak pod dejstvom napona, materijal na koji deluje napon e
odgovoriti deformacijom, . Ve ina nau nika koja radi sa
materijalima je navikla na krivu napondeformacija koja je prikazana
na Slici 2. Ovi podaci se uglavnom dobijaju merenjem mehani kog
istezanja pri konstantnoj temperaturi. Nagib krive predstavlja
odnos izme u napona i deformacije i predstavlja meru vrsto e
materijala, odnosno njegov moduo, koji prvenstveno zavisi od
temperature i od primenjenog napona (sile). Moduo predstavlja sliku
pona anja materijala u specifi nim primenama u stvarnom svetu; na
primer, polimer zagrejan iznad temperature prelaza staklastog
stanja prelazi u elasti no stanje, a njegov moduo uglavnom opada za
nekoliko redova veli ine. Ovaj pad u vrsto i mo e dovesti do
velikih problema ukoliko se dogodi na radnim temperaturama koje su
druga ije od o ekivanih.
(a)
(b)
Slika 1. Princip rada DMA. DMA proizvodi oscilatornu silu,
primenjuju i sinusoidalni napon na uzorak, to dovodi do
sinusoidalne deformacije. (b) Mere i amplitudu deformacije na vrhu
sinusnog talasa i pomeraj izmedju talasa napona i deformacije, mogu
se izra unati veli ine kao moduo, viskozitet i prigu enje. (a)
ematski prikaz Perkin-Elmer-ovog DMA. Fd je dinami ka (oscilatorna)
sila, Fs je stati ka sila (sila stezanja).
Slika 2. Kriva napon-deformacija. Odnos izme u napona i
deformacije predstavlja moduo (E), koji je mera vrsto e materijala,
odnosno njegovog otpora deformaciji. Jungov moduo, nagib linearnog
dela krive napon-deformacija, se esto koristi kao indikator
performansi materijala u mnogim industrijama. Po to su eksperimenti
koji daju krivu napon-deformacija jedni od najlak e izvodljivih
eksperimenata, Jungov moduo predstavlja korisnu ocenu performansi
materijala. Jedna od prednosti DMA je to se mogu dobiti vrednosti
modula svaki put kada se primeni sinusni talas, to dozvoljava
obuhvatanje odre enog temperaturnog ili frekventnog opsega. Ukoliko
se eksperiment izvodi pri, na primer, 1 Hz, vrednost veli ine
modula bi bila zabele ena svake sekunde. Ovo se, recimo, mo e
izvesti menjaju i temperaturu po nekom re imu (npr. 10C/min), gde
je promena temperature po ciklusu bezna ajna. Prema tome, u ovom
primeru, sa DMA se mo e zabele iti moduo u funkciji od temperature
u opsegu od preko 200 C za 20 minuta. Sli no, skeniranje irokog
frekventnog opsega ili snimanje odnosa smicanja u opsegu od 0.01 do
100 Hz bi zahtevalo od eksperimentatora manje od 2 sata. U
tradicionalnom pristupu, trebalo bi izvoditi eksperiment pri svakoj
temperaturi ili naponu da bi se dobili ekvivalentni podaci. Za
dobijanje vrednosti modula ili viskoziteta u zavisnosti od
temperature na tradicionalan na in, bilo bi potrebno zagrevanje
uzorka do tra ene temperature, ekvilibrisanje uzorka, izvo enje
eksperimenta, stavljanje novog uzorka i ponavljanje eksperimenta na
novoj temperaturi. Za dobijanje podataka u opsegu od 200C na ovaj
na in potrebno je nekoliko dana konstantnog rada. Moduo meren putem
DMA, ipak, nije isti kao i Jungov moduo elasti nosti koji se dobija
putem krive napon-deformacija (Slika 3). Jungov moduo je nagib
krive napondeformacija u po etnom, linearnom regionu. Kod DMA
javljaju se kompleksni moduo (E*), elasti ni moduo (E') i
imaginarni moduo (moduo gubitka) (E'') koji se ra unaju iz odgovora
materijala na sinusni talas. Ovi razli iti moduli dozvoljavaju
bolju karakterizaciju materijala jer daju mogu nost ispitivanja
sposobnosti materijala da vrati ili skladi ti ulo enu energiju
(E'), sposobnosti materijala da izgubi energiju (E''), kao i odnos
ovih efekata (tan ), koji se naziva prigu enje.
Slika 3. Odnosi modula kod DMA merenja. DMA koristi izmereni
fazni ugao i amplitudu signala da izra una konstantu prigu enja, D,
i konstantu uvrtanja, K. Iz ovoh vrednosti mogu se izra unati moduo
skladi tenja i moduo gubitka. Kako materijal postaje elasti niji,
fazni ugao postaje manji i E * se pribli ava E'. Materijali tako e
pokazuju osobinu te ljivosti, ak i materijali koje se smatraju
vrstim i krutim materijalima; na primer, silikonski elastomer sa tr
i nim nazivom Silly Putty (Luckasti git) e lagano te i pri stajanju
iako je na prvi pogled vrst pri dodiru. ak i materijali koji se
smatraju krutim imaju kona nu, dodu e jako veliku, vrednost
viskoziteta i ukoliko se eka dovoljno dugo sve je te ljivo [16].
Ponekad su vremena toliko duga da je sama te ljivost bezna ajna,
ali ona mo e biti izra unata te ovaj primer pokazuje da pitanje u
reologiji nije da li je materijal te ljiv, ve koliko vremena je
potrebno da bi on postao te ljiv. Tendencija te enja se izra ava i
meri kao viskozitet materijala. Viskozitet je normalizovana
vrednost i ona raste sa porastom otpora te enju. Zbog na ina
dobijanja vrednosti kompleksnog viskoziteta ( *) putem DMA, ona je
u mogu nosti dobijanja za irok opseg temperatura ili frekvencija
pri jednom izvo enju eksperimenta i merenju. Koks-Mercovo pravilo
povezuje vrednosti kompleksnog viskoziteta sa tradicionalnim
viskozitetom pri konstantnim naponom smicanja, s, za veoma male
vrednosti brzine smicanja. U ovom slu aju pore enje viskoziteta
dinami kim metodama (DMA) i konstantnim naponom smicanja (npr.
rotirajuci disk viskozimetar) postaje mogu e.
3. Primena uzoraka
Primeri upotrebe DMA za ispitivanje osobina materijala su
mnogobrojni. Ukoliko se eksperiment vr i pri konstantnoj promeni
temperature, interpretacija rezultata predstavlja grafik promene
modula elasti nosti u odnosu na temperaturu. Na Slici 4a je
prikazan najlon. Temperatura prelaza iz staklastog stanja je
vidljiva na ~50C. Treba primetiti da postoje promene u modulu
elasti nosti i pri ni im temperaturama. Ove promene se obele avaju
unazad, po ev i od temperature topljenja. Prime uju se temperatura
prelaska iz staklastog stanja (Tg), odnosno alfa prelaz (T ). Dok
se Tg tj. T mogu pripisati postepenom pomeranju polimernih lanaca,
beta prelaz (T ) se pripisuje drugim promenama u molekularnim
kretanjima. Beta prelaz se uglavnom povezuje sa pomeranjima
sporednih, kra ih i nakalemljenih lanaca ili odre enim
reorganizacijama funkcionalnih grupa unutar samog makromolekula, a
odnosi se na vrsto u samog polimera [18]. Treba primetiti razliku
kako u
(a)
(b)
Slika 4. DMA analiza najlona. (a) Zna aj vi ih transformacija u
pona anju materijala je poznat u literaturi. Ovaj uzorak materijala
ima visoku vrednost udarne vrsto e. U modulu skladi tenja, E', mo e
se videti Tg na ~50C i veoma jako izra ena T na -80C. Tako e se
mogu primetiti pikovi na tan krivoj. (b) Krive za materijal koji je
koji je pao na testu na udar se preklapaju. Treba primetiti ni e
vrednosti modula i relativno slabiju T u ovom, lo ijem uzorku. Pore
enje relativnih povr ina ispod T pikova sugeri e da je drugi
materijal u manjoj mogu nosti da prigu i vibracije ispod T g.
apsolutnim vrednostima (povr ina ispod T pika na tan krivoj)
tako i u relativnim veli inama Tg od T . Razlike ukazuju da je mogu
nost prigu enja udara putem lokalizovanog pomeranja polimernih
lanaca za drugi materijal izrazito manja. Idealizovan prikaz razli
itih DMA prelaza, zajedno sa molekularnim pomeranjima koja su
povezana sa tim prelazima je prikazan na Slici 5. Jedna od upotreba
ovih informacija je pri odre ivanju radnog opsega polimera, na
primer polietilentereftalata (PET). U opsegu izme u T i T ,
materijal poseduje vrsto u da se odupre deformaciji, ali i
fleksibilnost da se ne rasprsne pod naponom i pritiskom. Treba
primetiti da su beta i gama prelazi previ e slabi da bi se
detektovali Diferencijalnom skeniraju om kalorimetrijom (DSC) ili
Termomehani kim analizatorom (TMA) [19]. DMA je mnogo osetljivija
nego prethodno napomenute tehnike, i u mogu nosti je da meri ove
neprimetne prelaze u drugim termi kim metodama. Ova osetljivost
omogu ava detekciju Tg kod visokoumre enih termosetova ili tankih
premaza putem DMA.
Slika 5. Idealizovan prikaz DMA eksperimenta. Idealizovan prikaz
pokazuje efekte razli itih molekulskih relaksacija na krivoj modula
skladi tenja, E'. Kod nekih materijala, kao to je PET, beta prelaz
se javlja kao nagib irokog opsega, dok kod drugih pokazuje o tar
pad. Ukoliko se posmatraju termosetovi umesto termoplasti nih
materijala, o vr avanje ovih materijala se mo e posmatrati bilo pra
enjem promene viskoziteta, bilo promene modula elasti nosti. Ovaj
na in pra enja je iroko rasprostranjen po ev i od toplih rastopa
adheziva, preko epoksija, do testa u prehrambenoj industrij (Slika
6). Krive pokazuju isti po etni pad u modulu i viskozitetu do
minimuma, koji odgovara po etnom topljenju nesu enog materijala, to
je pra eno porastom viskoznosti dok se materijal su i do vrstog
stanja. Slika 6b pokazuje ciklus su enja (o vr avanja) epoksi
smole. Iz ovog dijagrama mo e se odrediti ta ka geliranja (gde je
materijal u gel stanju), minimalna vrednost viskoziteta (koliko je
materijal postao te an) i kada postaje dovoljno krut da mo e da
izdr i sopstvenu te inu (ta ka ostakljivanja) [20]. U poslednjoj ta
ki, uzorak je mogu e izvaditi iz kalupa i su enje se mo e zavr iti
u pe i. Postoji mogu nost davanja grube procene aktivacione
energije (Eact) iz nagiba krive porasta viskoziteta tokom su enja
[21]. Ukoliko su potrebne ta nije vrednosti za Eact, mo e se
koristiti izotermski eksperiment (Slika 7), pri emu su dobijene
vrednosti bli e vrednostima dobijenim putem DSC [22].
(a)
(b)
Slika 6. Dijagrami su enja snimani DMA metodom. Su enje razli
itih materijala ima sli ne zahteve i probleme. Treba primetiti sli
nosti izme u testa za kola e i epoksi smole. Oba materijala
pokazuju isti tip pona anja pri su enju: po etni pad u viskozitetu
do minimuma koji je pra en naglim porastom do platoa. Ta ka
geliranja se uzima kao presek E' i E'', odnosno ta ka na krivoj gde
je tan = 1. Druge zna ajne ta ke su obele ene na graficima.
Slika 7. Izotermsko su enje materijala za izra unavanje Ea.
Izotermski eksperimenti dozvoljavaju razvijanje modela su enja.
Odnos vrednosti logaritma izmerenog viskoziteta, *, i vremena za
svaku temperaturu kao rezultat daje pravi po etni viskozitet, 0, i
konstantu reakcije, k. Upore uju i vrednosti po etnog viskoziteta i
konstante k u odnosu na inverznu temperaturu (1/T )dobijaju se dve
energije aktivacije, Ea i E ,.
Slika 8. Eksperimenti sa promenom frekvencije. Eksperimenti sa
promenom frekvencije je manje kori en metod u DMA. Odgovor na
promenu frekvencije zavisi od molekulske strukture materijala i mo
e se koristiti za izra unavanje molarne mase (MW) i distribucije
molarne mase (MWD) kod ispitivanog materijala. Osobine kao to su
relativna lepljivost i ljuspanje se tako e mogu ispitivati .
Obi no je odgovor materijala na promenu sile podjednako zna ajan
kao i odgovor na promenu temperature. Ovo predstavlja jednu od
glavnih primena DMA u rastopima polimera, suspenzijama i
rastvorima. Sli no kao to se DMA koristi za brzo izra unavanje
modula materijala u funkciji od temperature, tako e se koristiti za
brzo ra unanje efekta promene napona smicanja ili frekvencije na
viskozitet. Na primer, uticaj promene frekvencije na viskozitet
rastopa polimera se mo e ispitati putem DMA za manje od 2 sata u
opsegu od 0.01 Hz do 200 Hz. Eksperimenti putem kapilarnog
viskozimetra za isti opseg bi trajali danima. Za tople rastope
adheziva potrebno je ponekad da se vidi odgovor modula pri niskim
frekvencijama (lepljivost) ili pri visokim frekvencijama (otpor pri
ljuspanju) [23]. Glavna primena eksperimenata sa promenom
frekvencije je odre ivanje radnih parametara gde materijal treba
odr ati dovoljno te nim da ispuni pore kalupa, ali da elasti nost
ne bude niska da se materijal lako povu e iz pora. Vr enjem
eksperimenata u opsegu frekvencija (Slika 8), dobijaju se
informacije o elasti nosti i te ljivosti adheziva, kao E' i *, na
eljenoj temperaturi. Odgovor materijala na promenu frekvencije tako
e daje informacije o molekulskoj strukturi. Ta ka preseka izme u E'
i * ili E' i E'' se mo e dovesti u vezu sa molarnom masom [24] i
distribucijom molarne mase [25] pomo u Doi-Edvardsove teorije. Kao
kvalitativna procena dva ili vi e uzoraka, ova ta ka preseka
dozvoljava brzo upore ivanje uzoraka koji su te ko ili nikako
rastvorljivi u rastvara ima. Pored navedenog, eksperimenti sa
promenom frekvencije pri niskim frekvencijama daju plato nultog
smicanja [26] (Slika 9). U ovom regionu, promene frekvencije ne
dovode do promene viskoziteta jer je brzina promene deformacije
suvi e mala da bi molekulski lanci odgovorili na tu promenu. Sli an
efekat, plato beskona nog smicanja, je vidljiv i pri jako visokim
frekvencijama. Plato nultog smicanja je direktno povezan sa
molarnom masom slede om formulom: =k(M 3.4) (1)
gde k predstavlja specifi nu konstantu materijala. Ovaj metod je
pokazao ta nost kao i gel permeaciona hromatografija (GPC) na
irokom opsegu molarnih masa za poliolefine [27]. Podaci dobijeni
merenjima sa promenom frekvencije se esto obra uju u cilju pro
irenja opsega analize kori enjem Bolcmanovog principa superpozicije
[28]. Krive dobijene superpozicijom deformacije, frekvencije,
stepena osu enosti, vla nosti itd. dozvoljavaju procenu pona anja
materijala izvan radnog opsega instrumenta ili strpljenja samog
eksperimentatora [29]. Kao i svaki eksperiment ubrzanog starenja
materijala, treba imati u vidu da je superpozicija rezultata kao
vremenska prognoza, i potrebno je voditi ra una o tome [17].
(a)
(b) Slika 9. (a) Plato nultog smicanja. Jedna od glavnih
upotreba podataka sa promenom frekvencije je procena molarne mase.
(b) Plato nultog smicanja se mo e koristiti za izra unavanje
molarne mase polimera sa pomenutom jedna inom ukoliko je poznata
konstanta materijala k i ukoliko je molarna masa MW iznad kriti ne
vrednosti. Kriti na vrednost molarne mase MWc je tipi no oko 10000
amu. 4. Testovi puzanja i oporavka Ve ina DMA ure aja ima mogu nost
testiranja na puzanje i oporavak. Puzanje je jedan od
najfundamentalnijih testova pona anja materijala i direktno je
primenljiv na performanse proizvoda [30]. Testovi puzanja i
oporavka predstavljaju osnovu izu avanja pona anja polimera pri
relaksaciji. Ovi eksperimenti dozvoljavaju ispitivanje odgovora
materijala na konstantnu silu i njegovo pona anje pri uklanjanju
sile. Na primer, odgovor punjenja na stolici na te inu osobe koja
sedi, koliko je vremena potrebno da se oporavi i vrati u normalu i
koliko puta se mo e upotrebiti pre nego to do e do nepovratne
deformacije se testiraju pomo u testova puzanja i oporavka.
Eksperimenti puzanja se tako e mogu koristiti za dobijanje podataka
za eksperimente na niskim frekvencijama [31], dok se
eksperimenti
oporavka mogu koristiti za dobijanje podataka za visoke
frekvencije slobodnim oscilacijama [32], time pro iruju i radni
opseg instrumenta. ta vi e, testovi puzanja i optere enja daju uvid
u pona anje materijala pri optere enju. Treba napomenuti da puzanje
nije dinami ki test, po to se govori o konstantnom optere enju
tokom testa puzanja i uklanjanju istog tokom testa oporavka (Slika
10). Postoji nekoliko pristupa kvantifikacije podataka, kao to je
prikazano na Slici 10 [33].
Slika 10. Test puzanja i oporavka. Eksperimenti puzanja i
oporavka dozvoljavaju odre ivanje osobina u ekvilibrijumu kao to su
moduo, Ee, i viskozitet, e. Ove vrednosti omogu avaju predvi anje
pona anja materijala u uslovima koji su sli ni primenama u stvarnom
ivotu.
Slika 11. Puzanje u ve em broju ciklusa. Postoji vi e programa
za simulaciju optere enja tokom upotrebe, kao to su vi estruki
ciklusi, promene temperature i drugih faktora okoline. U ovom slu
aju uzorak je optere en tri puta i promene koje su nastale kao
odgovor na optere enje tokom ova tri ciklusa su zna ajne. Vreme
oporavka se pove ava a procenat oporavka se smanjuje. Ovo dovodi do
lo ih performansi pri ponavljaju em optere enju.
Upore ivanje materijala posle ve eg broja ciklusa se koristi za
pokazivanje razlike me u materijalima, kao i za predvi anje dugoro
nih performansi materijala (Slika 11). Ponavljaju i ciklusi puzanja
i oporavka pokazuju kako e se proizvod pona ati u stvarnom svetu, a
promene pri ak i tri ciklusa mogu biti dramati ne. Drugi
materijali, kao to je ljudska dlaka premazana komercijalnim lakom
za kosu mo e zahtevati testiranje i preko sto ciklusa. Temperaturni
programi se mogu primeniti da bi se test pribli io to vi e
situaciji u kojoj e materijal biti kori en kao krajnji proizvod.
Ovaj test se tako e mo e koristiti za ub rzano starenje materijala
pri prou avanju puzanja upotrebom oksidativnih i reduktivnih
gasova, izlo enosti UV zracima ili potapanjem u rastvara ima
[34].
5. Mogu nosti i krajevi
Bilo koji od navedenih testova se mo e raditi u uslovima
kontrolisane okoline u cilju podudarnosti sa radnom okolinom u
kojoj e uzorak biti. Primeri uklju uju hidrogelove testirane u
fiziolo kim rastvorima [35], vlakna u rastvorima [36] i kolagen u
vodi [37]. UV svetlo se mo e koristiti za su enje uzoraka [38] u
cilju imitacije prerade ili uslova rada. Specijalizovan slu aj
testiranja u kontrolisanoj okolini je prikazan na Slici 12, gde je
kontroler pozicije samog DMA ure aja kori en za obavljanje
specijalnog testa opu tanja sile koji se zove test merenje
konstantne du ine (constant gauge length CGL).
Slika 12. Uticaj sredine na osobine materijala. Testiranje u
prisustvu rastvara a omogu ava ocenu materijala u radnim uslovima.
Polipropilenska vlakna pokazuju veoma razli ite odgovore kada se
test merenja konstantne du ine izvodi u razli itim rastvara ima.
Odgovor vlakana je izrazito podlo an rastvoru u kome se izvodi
eksperiment. Sli ni testovi, kako dinami ki tako i stati ki, se
izvode u medicini, automobilskoj i kozmeti koj industriji.
Prilagodljivost DMA da odgovara realnim uslovima je jo jedna
prednost tehnike.
Sposobnost DMA da pru i uvid u molekulsku strukturu i da
predvidi pona anje tokom upotrebe materijala ini ovu tehniku
neophodnom u svakoj modernoj termi koj laboratoriji. Na samom
kraju, sam eksperimentator, uzimaju i u obzir sve navedene
injenice, odlu uje koji test treba izvr iti, kako interpretirati
dobijene podatke i koje komplementarne tehnike sa DMA bi trebalo
dodatno uraditi za karakterizaciju zadatog materijala. Nekoliko
termi kih, spektroskopskih i mehani kih testova je mogu e koristiti
za interpretaciju podataka.
6. Literatura
[1] C. Mascosko, Rheology Principles, Measurements, and
Applications, VCH, New York, 1994. [2] J. H. Poynting, Proceedings
of the Royal Society, Series A, 82, 546, 1909. [3] A. Kimball and
D. Lovell, Trans. Amer. Soc. Mech. Eng., 48, 479, 1926. [4] K. te
Nijenhuis, Rheology, Vol. 1, Principles, G. Astarita et al., Eds.,
Plenum Press, New York, 263, 1980. [5] M. L. Miller, The Structure
of Polymers, Reinhold, New York, 1966. [6] J. Dealy, Rheometers for
Molten Plastics, Van Nostrand Reinhold, New York, 136137, 234236,
1992. [7] J. Ferry, Viscoelastic Properties of Polymers, 3rd ed.,
Wiley, New York, 1980. [8] N. McCrum, B. Williams, and G. Read,
Anelastic and Dielectric Effects in Polymeric Solids, Dover, New
York, 1991. (Reprint of the 1967 edition.) [9] J. Gilham and J.
Enns, Trends in Polymer Science, 2, 406, 1994. [10] C. Macosko and
J. Starita, SPE Journal, 27, 38, 1971. [11] T. Murayama, Dynamic
Mechanical Analysis of Polymeric Materials, Elsevier, New York,
1977. This book is the ultimate reference on the Rheovibron. [12]
B. E. Read and G. D. Brown, The Determination of the Dynamic
Properties of Polymers and Composites, Wiley, New York, 1978. [13]
S. Matsuoka, Relaxation Phenomena in Polymers, Hanser, New York,
1992. [14] W. Brostow and R. Corneliussen, Eds., Failure of
Plastics, Hanser, New York, 1986. [15] N. McCrum, B. Williams, and
G. Read, Anelastic and Dielectric Effects in Polymeric Solids,
Dover, New York, 1991. [16] H. Barnes, J. Hutton, and K. Walters,
An Introduction to Rheology, Elsevier, New York, 1989. [17] J.
Dealy and K. Wissbrum, Melt Rheology and Its Role in Plastics
Processing, Van Nostrand, New York, 1990. [18] This is admittedly a
generalization of a very complex subject. B. Twombly, K. Fielder,
R. Cassel, and W. Brennan, NATAS Proceeding, 20, 28, 1991. D. Van
Krevelen, Properties of Polymers, Elsevier, New York, 1972. R.
Boyd, Polymer, 26, 323, 1123, 1985. N. McCrum, B. Williams, and G.
Read, Anelastic and Dielectric Effects in Polymeric Solids, Dover,
New York, 1991. [19] R. Cassel and B. Twombly in Material
Characterization by Thermomechanical Analysis, M. Neag, Ed., ASTM,
Philadelphia, STP 1136, 108, 1991. [20] S. Crane and B. Twombly,
NATAS Proceedings, 20, 386, 1991. [21] K. Hollands and I. Kalnin,
Adv. Chem. Ser., 92, 80, 1970. [22] M. Roller, Polym. Eng. Sci., 15
(6), 406, 1975. [23] C. Rohm, Proc. of the 1988 Hot Melt Symposium,
77, 1988. [24] R. Rahalkar and H. Tang, Rubber Chemistry and
Technology, 61 (5), 812, 1988. W. Tuminello, Polym. Eng. Sci., 26
(19), 1339, 1986. 1999 CRC Press LLC [25] R. Rahalkar, Rheologica
Acta, 28, 166, 1989. W. Tuminello, Polym. Eng. Sci., 26 (19), 1339,
1986.
[26] L. Sperling, Introduction to Physical Polymer Science
Second Edition, Academic Press, New York, 1993. [27] J. Sosa and J.
Bonilla, private communication. B. Shah and R. Darby, Polym. Eng.
Sci., 22 (1), 53, 1982. [28] J. Ferry, Viscoelastic Properties of
Polymers, Wiley, New York, 1980. [29] A. Goldman, Prediction of the
Properties of Polymeric and Composite Materials, ACS, Washington,
1994. W. Brostow and R. Corneliussen, Eds., Failure of Plastics,
Hanser, New York, 1986. [30] L. Nielsen, Mechanical Properties of
Polymers, Reinhold, New York, Ch. 4, 1965. [31] L. Nielsen,
Mechanical Properties of Polymers and Composites, Marcel Dekker,
New York, vol. 1, 1974. [32] U. Zolzer and H. Eicke, Rheologica
Acta, 32, 104, 1993. [33] L. Nielsen, Mechanical Properties of
Polymers, vol. 2, Reinhold, New York, 1965. L. Nielsen, Polymer
Rheology, Marcel Dekker, New York, 1977. [34] Y. Goldman,
Predication of Polymer Properties and Performance, American
Chemical Society, Washington, D.C., 1994. [35] Q. Bao, NATAS
Proceedings, 21, 606, 1992. J. Enns, NATAS Proceedings, 23, 606,
1994. [36] C. Daley and K. Menard, SPE Technical Papers, 39, 1412,
1994. C. Daley and K. Menard, NATAS Notes, 26 (2), 56, 1994. [37]
B. Twombly, R. Cassel, and A. Miller, NATAS Proceedings, 23, 288,
1994. [38] J. Enns, unpublished results.
