FAGLIGT STOF
18
Hvor stive er bløde kontaktlinser? Diplomingeniør (FH) Sebastian Marx, JENVIS Research, Jena. Publiceret i DOZ i januar 2008. Oversat af Mona Laursen
DEL 1. Modulus Kontaktlinsetilpassere, der følger med udviklingen, stiller sig af og til dette spørgsmål. I litteraturen støder du ofte på ord som blødhed, stivhed, rigiditet eller modulus i forbindelse med bløde kontaktlinser. En del af disse udtryk anvendes dog ikke korrekt. Denne artikel belyser, hvad der gemmer sig bag begreber som modulus, og hvordan de skal forstås.
Tekst i figuren: Stress = spænding (MPa) Engage effect = påvirkningen begynder Hooke’s line = Hookes linje Break = brud Strain = forlængelse
Figur 2: Svingningsafhængighed af den viskøse komponent i kontaktlinsematerialer² Materiale Glas Plexiglas (PMMA) Gummi Bløde kontaktlinser
Hvad er modulus egentlig? Engelsksprogede lande anvender ofte udtrykket ”modulus”, der også bruges i stigende grad i forbindelse med bløde kontaktlinser. Du har måske undret dig over, hvad dette ord egentlig betyder, og hvilken relevans det har for tilpasningen af kontaktlinser. Da ordet modulus ikke findes i alle sprog, erstattes det ofte med andre ord som f.eks. materialets stivhed. Modulus stammer oprindeligt fra latin og betyder mål. Med modulus menes elasticitetsmodul, et begreb, der er opkaldt efter den engelske læge og fysiker Thomas Young, og som også betegnes Youngs modul eller trækmodul. Betegnelsen elasticitetsmodul kommer fra materialeteknikken og beskriver sammenhængen mellem spænding og tøjning (forlængelse), når man strækker et fast legeme i en lineær, elastisk reaktion. Elasticitetsmodul forkortes til E-modul eller symbolet E. Elasticitetsmodul måles i enheden spænding (N/mm² = MPa). Det betyder, at en Newton pr. kvadratmillimeter er lig med en Mega-Pascal. Testkurve ved stræk: 1. område for elastisk deformation 2. område for Lüders tøjning 3. område for varig deformation (plastisk) 4. brudområde
som f.eks. temperatur, fugtighed, deformationshastighed og frekvens (figur 2).
Elasticitetsmodul [MPa] 40.000 til 90.000 3.000 1 til 10 0,4 til 1,2
Tabel 1: Elasticitetsmodul for forskellige materialer
Figur 1: Skematisk spændings-tøjningskurve¹: Hookes linje med stigning E. Elasticitetsmodulet defineres som en stigende kurve i spændings-tøjningsdiagrammet inden for det lineære område af elasticitetskurven. Det lineære område kaldes også Hookes linje (se område 1 i figur 1).
dσ E = ------------- = konst dε σ beskriver den mekaniske spænding og ε forlængelsen. Forlængelsen er forholdet mellem længdeforandringen og den oprindelige længde. Elasticitetsmodulet er en materialekonstant. Elasticitetsmodulet sammen med tværkontraktionstallet (forholdet mellem den relative ændring af tykkelsen og den relative længdeændring) giver loven om elasticitet. Elasticitetsmodulet er dog ikke konstant for alle fysiske størrelser. Den er afhængig af en række forskellige miljøbetingelser
Er modulus er lig med stivhed? Man ser ofte i litteraturen, at stivhed anvendes som synonym for modulus for nemmere at forklare sagens sammenhæng. Dette er dog ikke fysisk korrekt. Stivheden af et legeme, et stof, er pr. definition afhængigt af, hvilket materiale, der anvendes, men også af dets geometri. For et legeme er stivheden et produkt af E-modul og inertimoment. Stivheden er altså en egenskab hos et legeme, hvis tværsnit kan ændre sig over længden. Som følge heraf kan stivheden være forskellig på forskellige punkter på legemet. På lige lange længder spiller tykkelsen en stor rolle. Tykkelsen bidrager overproportionelt til stivheden, hvilket vises grafisk i figur 3. Generel formel for stivhed c = E x A/L³ c = stivhed (kN/mm) E = E-modul (N / mm²) A = geometrisk inertimoment (m4) L = legemets længde (m)