Nanoindentation in kontrollierter Luftfeuchtigkeit
Abb. 1: Die Luftfeuchtigkeitszelle montiert auf dem NanoTest
Abb. 2: Last-Deformationskurven eines Nanokomposits (bestehend aus Nylon 6 und Ton) bei unterschiedlichen relativen Luftfeuchten
Die mechanischen Eigenschaften speziell von Polymeren und biologische Proben können signifikant mit Veränderung der relativen Luftfeuchtigkeit variieren.
Zur Voraussage der Betriebseigenschaften von Materialien werden die Einsatzbedingungen der finalen Applikation simuliert.
Die Luftfeuchtigkeitszelle ist eine neue Option von Micro Materials, die die bereits umfangreiche Palette von möglichen Umgebungsbedingungen erweitert.
Die Luftfeuchtigkeitszelle (Abb.1) bedient sich eines externen Wasserdampgenerators der, verbunden mit einem Luftfeuchtigkeitscontroller, die relative Luftfeuchtigkeit in der Zelle einstellt. Zuvor strömt die Luft durch ein Trockenmittel, bevor der Wasserdampf der Luft kontrolliert hinzugefügt wird. Unabhängig von der Luftfeuchtigkeit im Labor können so Messungen in einer relativen Luftfeuchtigkeit zwischen 10% und 90% durchgeführt werden.
Eine typische Anwendung der Luftfeuchtigkeitszelle ist die Nanoindentation von Polymeren. Abbildung 2 zeigt vier Last-Deformationskurven auf dem selben Material, einem Polymer-Nanokomposit (Nylon 6 mit 10 Gewichtsprozent Ton), durchgeführt bei unterschiedlichen relativen Luftfeuchten.
Mit ansteigender Luftfeuchtigkeit ist folgendes zu beobachten:
- eine deutlichen Zunahme der absoluten Eindringtiefe – das Material wird weicher
- eine signifikant stärkere Zunahme der Eindringtiefe bei konstanter Maximallast – die Probe zeigt ein deutlich ausgeprägteres Kriechverhalten
Die aus den Daten gewonnenen Härte- und Elastizitätsmodulwerte des Nanokomposits wurden mit einer unbehandelten Nylon-Probe verglichen.
Das Resultat ist in Abbildung 3 dargestellt und zeigt, dass die Vorteile des Nanokomposits gegenüber der Nylon-Probe auch bei höheren Luftfeuchten erhalten bleiben.
Abb. 3: Härte und E-Modul-Vergleich des Nanokomposits und der unbehandelten Nylon-6-Probe
Die Luftfeuchtigkeitszelle ist neben dem Indentationsmodul auch mit der Kratz- und Impaktoption kompatibel.
