Investigación

 

Universal testing machine for mechanical properties of thin materials

 

E. Huertaª*, J.E. Coronaª, and A.I. Olivaª, F. Avilés^b and J. González–Hernández^c

 

ª Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Unidad Mérida, Departamento de Física Aplicada, Apartado Postal 73–Cordemex, 97310 Mérida Yucatán, México, *Doctoral student at CIMAV–Chihuahua, Mexico. E–mail: microsco@mda.cinvestav.mx

^b Centro de Investigación Científica de Yucatán A.C., Unidad de Materiales, Calle 43 No. 130 Col. Chuburna de Hidalgo, 97200, Mérida Yucatán México.

^c Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C., Av. Miguel de Cervantes 120 Complejo Industrial Chihuahua, 31109 Chihuahua, Chihuahua, México.

 

Recibido el 26 de marzo de 2010
Aceptado el 8 de junio de 2010

 

Abstract

In this work, the design, construction, calibration and compliance measurement of a universal testing machine for tension tests of materials in film geometry are presented. A commercial load cell of 220 N and sensitivity of 1.2345 mV/V is used to measure the applied load. Material strain is measured by movement of the crosshead displacement of the machine with a digital indicator with 0.001 mm resolution and 25 mm maximum displacement, connected to a PC through an interface. Mechanical strain is achieved by an electric high precision stepper motor capable to obtain displacement velocities as low as 0.001 mm/s. The stress–strain data acquired with a GPIB interface are saved as a file with a home–made program developed in LabView 7.0. Measurements of the elastic modulus and yield point of a commercial polymer film (500 HN Kapton) were used to validate the performance of the testing machine. The obtained mechanical properties are in good agreement with the mean values reported by the supplier and with the values obtained from a commercial machine, taking into account the limitations of thin film testing and experimental conditions.

Keywords: Universal testing machine; elastic modulus; thin films; compliance.

 

Resumen

En este trabajo se discute el diseño, la construcción, la calibración y la medición de la complianza de una máquina universal para pruebas de tensión de materiales en geometría de película. La carga aplicada es medida con una celda de carga comercial de 220 N y sensitividad de 1.2345 mV/V. La elongación de la muestra es medida a través del desplazamiento del cabezal de la máquina con un indicador de carátula digital con resolución de 0.001 mm y desplazamiento máximo de 25 mm, conectada a una PC a través de una interfase de puerto serial. La deformación mecánica es conseguida con un motor a pasos de alta precisión capaz de conseguir velocidades tan bajas como 0.001 mm/s. Los datos adquiridos a través de una interfase GPIB en tiempo real son guardados en un archivo usando un programa de diseño propio desarrollado en LabView 7.0. El módulo de elasticidad y el punto de fluencia medidos en una película polimerica comercial (Kapton 500 HN) fueron utilizados para evaluar el desempeño de la máquina construida. Los valores de las propiedades mecánicas obtenidas muestran buen acuerdo con los valores reportados por el proveedor y con los resultados obtenidos con una máquina comercial, considerando la geometría de capa delgada.

Descriptores: Máquina universal de pruebas; módulo de elasticidad; capas delgadas; complianza.

 

PACS: 07.10.Pz; 62.20.de; 81.05.Bx; 81.70.Bt

 

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Acknowledgements

Authors recognize the technical assistance of Gaspar Euan and Oswaldo Gomez. This work was financially supported by CONACYT – Mexico through project F1–54173.

 

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