DD212106A1

DD212106A1 - PROCESS FOR TORSION VIBRATION ANALYSIS IN THE MELTING AREA OF THERMOPLASTIC MATERIALS

Info

Publication number: DD212106A1
Application number: DD24553482A
Authority: DD
Inventors: Helmut Kamusewitz
Original assignee: Paedagogische Hochschule N K K
Priority date: 1982-12-03
Filing date: 1982-12-03
Publication date: 1984-08-01

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die mechanische Untersuchung von thermoplastischen Werkstoffen in Abhaengigkeit von der Temperatur, speziell auf die Ermittlung des Moduls und des logarithmischen Dekrements mittels freien gedaempften Torsionsschwingungen. Ziel der Erfindung ist es, die Torsionsschwingungsanalyse bei Temperaturen durchfuehren zu koennen, bei denen der zu untersuchende Werkstoff bereits im schmelzfluessigen Zustand vorliegt. Erfindungsgemaess wird ein duenner Stahldraht mit dem zu analysierenden Werkstoff beschichtet und im Verbund mit ihm in einer Temperierkammer tordiert. Da der Stahldraht die Zugbeanspruchung, die durch die Schwingmasse hervorgerufen wird, aufnimmt, kann die Torsionsschwingungsanalyse bis zu Temperaturen durchgefuehrt werden, bei denen der schmelzfluessige Werkstoff vom Draht ablaeuft. Die Aufhaengung des Verbundes erfolgt mittels spezieller Einspannklemmen. Die Anwendung der Erfindung gestattet, den Einsatzbereich der Torsionsschwingungsanalyse auf hoehere Temperaturen zu erweitern.The invention relates to the mechanical testing of thermoplastic materials as a function of temperature, in particular to the determination of the modulus and the logarithmic decrement by means of free damped torsional vibrations. The aim of the invention is to be able to carry out the torsional vibration analysis at temperatures at which the material to be investigated is already present in the molten state. According to the invention, a thin steel wire is coated with the material to be analyzed and twisted together with it in a tempering chamber. Since the steel wire absorbs the tensile stress caused by the oscillating mass, the torsional vibration analysis can be performed up to temperatures at which the molten material drains from the wire. The suspension of the composite takes place by means of special clamping clamps. The application of the invention makes it possible to extend the range of application of the torsional vibration analysis to higher temperatures.

Description

Title of the invention;

Verfahren für die Torsionsschwingungsanalyse im Schmelzbereich thermoplastischer Werkstoffe ^Method for torsional vibration analysis in the melting range of thermoplastic materials ^

Field of application of the invention;

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Moduls und des logarithmischen Dekrements aus Torsionsschwingungen bei einer Prüftemperatür, die über den Schmelzbereich des zu prüfenden thermoplastischen Yferkstoffs hinausgeht.The invention relates to a method for determining the modulus and the logarithmic decrement of torsional vibrations at a test temperature that exceeds the melting range of the thermoplastic fiber to be tested.

Characterization of the known technical solutions

In der Prüftechnik thermoplastischer Werkstoffe findet die Torsionsschwingungsanalyse Anwendung zur Charakterisierung γόη Homo-, Copolymeren, deren Mischungen u, ä.. Vorwiegend werden Verfahren mit freien mechanischen Torsionsschwingungen angewandt. Die technischen Lösungen lassen sich auf zwei Grundvarianten zurückführen:Torsional vibration analysis is used in the testing of thermoplastic materials for the characterization of γόη homopolymers, copolymers, mixtures thereof, etc. Processes with free mechanical torsional vibrations are predominantly used. The technical solutions can be traced back to two basic variants:

- hängendes Pendel (Werkstoffprobe trägt die Schwingmasse),- suspended pendulum (material sample carries the oscillating mass),

- stehendes Pendel (Schwingmasse wird durch einen Sntlastungsdraht getragen, unter ihr befindet sich die Probe).- standing pendulum (oscillating mass is carried by a spring wire, below it is the sample).

Mit zunehmender Prüftemperatür bewirkt die Zugspannung innerhalb der Probe., insbesondere bei der ersten Variante, frühzeitiges Pließen des thermoplastischen Werkstoffes. Da bei der zweiten Variante die Schwingmasse der thermisch bedingtenAs the temperature of the test increases, the tensile stress within the sample, in particular in the first variant, causes premature extrusion of the thermoplastic material. Since in the second variant, the vibration mass of thermally induced

Längenänderung der Probe folgen miß, läßt sich eine, ?/enn · auch, gegenüber der ersten Variante geringe Zugspannung innerhalb der Probe nicht vermeiden. Infolge dieser Zugspannungen läßt sich die Torsionsschwingungsanalyse nur unterhalb des Schmelzbereich.es des thermoplastischen Werkstoffes durchführen. Die Untersuchung des Phasenüberganges fest/flüssig und flüssig/fest kann nicht vorgenommen werden,Length change of the sample follows miß, one can not avoid, compared to the first variant low tensile stress within the sample. As a result of these tensile stresses, the torsional vibration analysis can be carried out only below the Schmelzbereich.es of the thermoplastic material. The investigation of the phase transition solid / liquid and liquid / solid can not be made

Perner wurde bereits vorgeschlagen, aus der Plüssigphase beschichtete dünne Stahlbänder bei Raumtemperatur während des Phasenüberganges flüssig/fest zu untersuchen, um die Kinetik der Bildung einer festen Lackschicht zu erfassen.Perner has previously proposed to liquid / solid-examine thin steel strips coated from the liquid phase at room temperature during the phase transition to detect the kinetics of forming a solid lacquer layer.

Ziel der Erfindung Aim of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Torsionsschwingungsanalyse bei Temperaturen durchzuführen, bei denen der zu prüfende thermoplastische Beschichtungswerkstoff im schmelzflüssigen Zustand vorliegt.The aim of the invention is to carry out the torsional vibration analysis at temperatures at which the thermoplastic coating material to be tested is in the molten state.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, an thermoplastischen Werkstoffen freie mechanische Torsionsschwingungen ohne zusätzliche Beanspruchungen, wie sie beim hängenden bzw, stehenden Pendel unvermeidlich sind, zu realisieren. Diese zusätzlichen Beanspruchungen führen bereits unterhalb des Schmelzbereiches zu geometrischen Veränderungen der Probe und begrenzen damit den Bereich der Prüftemperatur. Die Begrenzung erst im schmelzflüssigen Zustand zuzulassen und damit die Anwendbarkeit des Prüfverfahrens auszudehnen, ist insbesondere für die Untersuchungen teilkristalliner Werkstoffe erforderlich.The invention is based on the object, on thermoplastic materials free mechanical torsional vibrations without additional stresses, as they are unavoidable in hanging or standing pendulum to realize. These additional stresses already lead below the melting range to geometric changes of the sample and thus limit the range of the test temperature. Allowing the limitation only in the molten state and thus to extend the applicability of the test method, in particular for the investigations of semi-crystalline materials is required.

Erfindungsgemäß wird ein Plast-Metall-Verbund zur Torsionsschwingungsanalyse herangezogen. Sin Stahldraht, sein Durchmesser entspricht dem des zur Masseentlastung beim stehenden Pendel erforderlichen Drahtes trägt eine Beschichtung des zu untersuchenden thermoplastischen Werkstoffes* Der Aufbau des Pendels entspricht dem des hängenden Pendels, so daß dessen Vorteile, bedingt durch, einseitige Aufhängung des schwingenden Systems, zum fragen kommen· Die Aufhängung der Schwingmasse über die Probe (Plast-Metall-Verbund) erfolgt durch spezielle Einspannvorrichtungen, die sowohl eine Übertragung des Dreh- bzw. Direktionsmomentes zwischen raumfester Einspannung und Schwingmasse über den Verbund, als auch die Übertragung der Zugspannung ausschließlich über den Stahldraht gewährleisten· Hierdurch werden die Zugbeanspruchung des thermoplastischen Werkstoffes und damit verbunden, geometrische Veränderungen bei höheren Meßtemperaturen vermieden. Erst die Wirkung der Schwerkraft führt in Abhängigkeit vom Material, der Prüftemperatur, der Beschichtungsdicke und der Zeitdauer der Temperatüreinwirkung zu einem Ablaufen des schmelzflüssigen Werkstoffes vom Draht und damit zu einer Begrenzung der Prüftemperatur.According to the invention, a plastic-metal composite is used for torsional vibration analysis. Sin steel wire, its diameter corresponds to that required for mass relief when standing pendulum wire carries a coating of the thermoplastic to be examined * The structure of the pendulum corresponds to that of the hanging pendulum, so that its advantages, due to one-sided suspension of the oscillating system to ask · The suspension of the vibration mass over the sample (plastic-metal composite) takes place by means of special clamping devices, which transmit both the rotational or directing moment between space-tight clamping and vibration mass over the composite, as well as the transmission of tension exclusively over the steel wire This ensures that the tensile stress of the thermoplastic material and, associated therewith, geometric changes at higher measuring temperatures are avoided. Only the effect of gravity leads depending on the material, the test temperature, the coating thickness and the duration of Temperatüreinwirkung to drainage of the molten material from the wire and thus to a limitation of the test temperature.

embodiment

Die Erfindung soll folgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, Drähte der Länge 1 = 250 mm und der Dicke d = 0,1 mm werden durch direkte Widerstandserwärmung im Pulver des zu untersuchenden thermoplastischen Werkstoffes bis zu einer Qesamtdicke des Verbundes d = 2 mm beschichtet. Dieser Verbund 1 wird zentrisch zwischen einer raumfesten senkrechten Aufhängung 2 durch eine spezielle Einspannklemme 3 befestigt· Eine weitere Einspannklemme 3 verbindet den Verbund mit der Schwingmasse 4. Die Einspannklemme 3 besteht aus - dem Zentrierkegel 3.1, der die Zentrierung des VerbundesThe invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment, wires of length 1 = 250 mm and thickness d = 0.1 mm are coated by direct resistance heating in the powder of the thermoplastic material to be examined up to a total thickness of the composite d = 2 mm. This composite 1 is fastened centrally between a stationary vertical suspension 2 by a special gripping clamp 3 · Another gripping clamp 3 connects the composite with the oscillating mass 4. The gripping clamp 3 consists of - the centering cone 3.1, the centering of the composite

und die Momentenübertragung bewirkt;and causes the torque transfer;

- den drei radial geführten Stiften 3.2, zur Zentrierung des Stahldrahtes einschließlich seiner Befestigung und- The three radially guided pins 3.2, for centering the steel wire including its attachment and

- dem Zylinder mit Kegelansatz 3.3, der den radialen Vorschub der Stifte 3.2 bewirkt.- The cylinder with a tapered shoulder 3.3, which causes the radial feed of the pins 3.2.

Die Einspannklemmen sind, thermisch isoliert, über Glasrohre β und 7 zentrisch verbunden, die ihrerseits zentrisch mit der Schwingmasse 4 bzw. der Aufhängung 2 verbunden sind.The grips are thermally insulated, via glass tubes β and 7 connected centrally, which in turn are connected centrally with the oscillating mass 4 and the suspension 2.

Tor der Messung wird der Verbund 1 mit der Schwingmasse 4 über die Einspannklemme 3 außerhalb der Temperierkammer 8 verbunden» Die Länge des Glasrohres 7 läßt nach dem Einführen des Verbundes in die Temperierkammer seine Befestigung am__.Glasr_ahr 6 über der oberen Öffnung der Temperierkammer 8 zu. Danach wird die Temperierkammer soweit verschoben^ daß gleiche Längen der Rohre β und 7 in die Kammer hineinragen. Durchelektromagnetische torsionale Auslenkung des Glasrohres 6 über den Hebel 9, was durch ein Axiallager 10 zugelassen wird, erfolgt die Einleitung der freien gedämpften Schwingung, Der Auslenkungswinkel des Hebels 9 oder die Auslenkungszeitdauer ist variabel zu gestalten, um bei unterschiedlichen Prüftemperatüren konstante Auslenkungen der Schwingmasse 4 "um ein Winkelgrad zu erreichen. Rir diese Auslenkung sind nur Teile eines Winkelgrades als Auslenkung des Hebels 9 erforderlich. Konstante Hebelauslenkung und eine Variation'der Impulsdauer erhöht wesentlich die Reproduzierbarkeit der AnfangSamplitude. Zur Vermeidung nichttorsionaler Schwingungen ist eine Dämpfung durch öl vorzusehen. Die Erfassung der Schwingung erfolgt durch induktiven Wegaufnehmer, Verstärker und X-Y-Schreiber. Es ist möglich, bestehende Einrichtungen der Torsionsschwingungsanalyse zu nutzen.Gate of the measurement, the composite 1 is connected to the vibrating mass 4 via the gripping clamp 3 outside the tempering 8 »The length of the glass tube 7 allows after the introduction of the composite in the tempering his attachment to the __. Glasr_ahr 6 over the upper opening of the tempering 8 to. Thereafter, the temperature chamber is shifted so far ^ that equal lengths of the tubes β and 7 protrude into the chamber. By electromagnetic torsional deflection of the glass tube 6 via the lever 9, which is permitted by a thrust bearing 10, the introduction of the free damped oscillation, the deflection angle of the lever 9 or the deflection period is variable to make at different test temperatures constant deflections of the oscillating mass 4 " This deflection requires only parts of an angular degree as the deflection of the lever 9. Constant lever deflection and a variation of the pulse duration substantially increase the reproducibility of the initial amplitude Oscillation occurs through inductive displacement transducers, amplifiers and XY recorders It is possible to use existing devices of the torsional vibration analysis.

Claims

invention claim

♦ Yerfairren for the torsional vibration analysis in Schmelzbereieh thermoplastic materials, characterized in that the Torsionsschmngungalyse on a with
steel wire coated with the material to be examined. «

2 »Method according to item 1, characterized in that special gripping centers center the sample, transfer the torsional moment to the composite but absorb the tensile stress exclusively from the steel wire,

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