Nanoindentation in kontrollierter Luftfeuchtigkeit

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. 

Die Luftfeuchtigkeitszelle ist neben dem Indentationsmodul auch mit der Kratz- und Impaktoption kompatibel. 

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