Dynamisch-mechanische Analyse (DMA)
Die dynamisch-mechanische Analyse (DMA) ist eine Prüftechnik und ein zugehöriges Analyseinstrument, das die physikalischen Eigenschaften von Feststoffen und Polymerschmelzen misst, Modul und Dämpfung angibt und programmierbar ist, um Kraft, Spannung, Dehnung, Frequenz und Temperatur zu messen. DMA wird auch als Rheologie von Feststoffen und auch als dynamisch-mechanische Thermoanalyse (DMTA) bezeichnet, wenn die Informationen mit der Temperaturreaktion kombiniert werden.
Theorie
DMA-Instrumente wenden eine oszillierende Kraft (Spannung) an und zeichnen eine oszillierende Probenreaktion auf. Der Modul wird aus der elastischen Reaktion berechnet, z. B. die Probenreaktion „in Phase“ mit der angelegten oszillierenden Spannung. Die Dämpfung wird aus der viskosen Reaktion berechnet, z. B. die Probenreaktion „außer Phase“ mit der angelegten oszillierenden Spannung.
Ausrüstung
Eine Probe wird zwischen zwei Greifern oder Begrenzungselementen fixiert. Als Nächstes wird eine oszillierende (dynamische) Kraft auf die Probe ausgeübt. Diese wird mithilfe eines Elektromotors aufgebracht, der sich drehend (typischerweise hin und her) und linear (typischerweise auf und ab) bewegt, und enthält eine Frequenz (Schwingungsgeschwindigkeit) und eine Kraft (Energiezufuhr in die Probe).
Die resultierende Dehnung (Verschiebung) wird typischerweise mithilfe einer LVDT-Messung gemessen, kann aber auch ein Kraftaufnehmer sein. Typischerweise werden Speichermodul und Tan Delta (Dämpfung) vs. Temperatur aufgetragen.
Typischerweise werden Tg (der „Glasübergang“, typischerweise das Schmelzen der amorphen Phase) und Beta-Übergänge (tiefe Temperaturabnahmen im Modul) berechnet.
Methoden
- Temperatur-Scan: Modul und Dämpfung werden aufgezeichnet, während die Probe erwärmt wird
- Frequenz-Scan: Modul und Dämpfung werden aufgezeichnet, während die Probe mit zunehmender Geschwindigkeit vibriert wird
- Spannungs-Scan: Modul und Dämpfung werden aufgezeichnet, während die Probenspannung erhöht wird
- Dehnungs-Scan: Modul und Dämpfung werden aufgezeichnet, während die Probendehnung erhöht wird
- Transiente Prüfung (nicht oszillatorisch): Kriech-Relaxation und Spannungs-Erholung
- Multiplex-Scan: Kombinationen der oben genannten Methoden
Proben: Feste ASTM-Teststäbe / Folien / Fasern, geschmolzene Polymere, Flüssigkeiten.
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