Dynamisch-mechanische Analyse (DMA, DMTA)
Die dynamisch-mechanische Analyse (DMA) charakterisiert die viskoelastischen Eigenschaften von Werkstoffen in einem vorgegebenen Frequenz- und Temperaturspektrum und haben damit eine große Aussagekraft für das Verhalten polymerer Werkstoffe. Für die Messung wird ein Probekörper oder ein Bauelement einer freien oder einer erzwungenen sinusförmigen Schwingungsamplitude in Weg- oder Kraftregelung ausgesetzt.
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Was wird mit der dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) ermittelt?
Aus dem zeitlichen Verlauf der Kraft- und Deformationsmessung werden folgende grundsätzlichen Werkstoffeigenschaften ermittelt:
- Der Speichermodul, der das elastische Verhalten beschreibt
- Der Verlustmodul, der das viskose Verhalten beschreibt
- Der Verlustfaktor, tan δ, der das Verhältnis von elastischem zu viskosem Verhalten beschreibt.
- Der komplexe Modul, der das viskoelastische Verhalten im Form eines Vektors auf der komplexen Zahlenebene beschreibt.
Welche Prüfsysteme sind für die dynamisch-mechanische Analyse geeignet?
Die Messung ist üblicherweise eine Kurzzeitmessung bei geringen Verformungen. Entsprechend sind die auftretenden Kräfte bei Messungen zur Werkstoffcharakterisierung an Norm-Probekörpern gering.
Höhere Kräfte treten bei der Messung an größeren Komponenten und kompletten Bauteilen wie Dämpfern, Reifen, Gurten oder Motorlagern auf.
Durch Wahl der geeigneten Belastungsart sind sowohl Normallspannungsbeanspruchungen als auch Schubspannungen möglich. Typische Belastungsarten sind:
- Druckbeanspruchungen
- Zugbeanspruchungen
- Biegebeanspruchungen
- Schubbeanspruchungen
- Torsionsbeanspruchungen
wobei die Schwingung einseitig mit einer Grundlast oder auch als Wechsellast erfolgen kann.
Für die dynamisch-mechanische Analyse an Komponenten und Bauteilen eignen sich besonders servohydraulische und elektrodynamische Prüfsysteme wie die ZwickRoell Prüfmaschine LTM. Durch die hohe Präzision des Wegmesssystems, die ausgeprägte Rahmensteifigkeit und den ölfreien Antrieb, eignet sie sich ideal für DMA Versuche. Dank des leisen Antriebs ist die LTM besonders für den Einsatz im Labor geeignet. Die platzsparende Bauweise sowie die flexible Positionierung der Elektronik tC II in Kombination mit der Fernbedienung zur präzisen Prüfeinrichtung runden das Gesamtkonzept ab.
Die von den Normen erforderlichen Prüffrequenzen von 0,01 bis 100 Hz liegen optimal im Leistungsbereich der LTM. Ein breites Spektrum an Prüfwerkzeugen ermöglicht maximale Flexibilität: von Druckplatten über Biegevorrichtungen mit frei gelagerten oder fixierten Probenkörpern bis hin zu Vorrichtungen für Scherbelastungen sowie Probenhaltern zur sicheren, festen Einspannung. So lassen sich unterschiedlichste Prüfaufgaben zuverlässig und effizient abbilden.
Dynamisch-mechanisch-thermische Analyse (DMTA)
Durch Wiederholung der Messung in einem breiten Temperaturbereich (DMTA) können weitere Kennwerte, wie die Glasübergangstemperatur ermittelt werden oder Rückschlüsse auf den Vernetzungsgrad bei härtbaren Kunststoffen oder Elastomeren gezogen werden.
In einigen Normen wird während der Prüfung veränderliche Temperatur gefordert. Für diese Prüfungen bietet ZwickRoell verschiedene Temperierkammern an, welche für jede Anwendung die exakt passende Lösung garantieren.
Vollautomatisiertes Prüfsystem für DMA-Messungen und zur Bestimmung von dynamischen Eigenschaften an Gummi/Elastomeren
Dynamisch-mechanische Analysen geben Aufschluss über die viskoelastischen Eigenschaften eines polymeren Werkstoffs, das dynamische Verhalten von Gummi und weitere Eigenschaften, wie die Wirkung von Füllstoffen oder den Vernetzungsgrad des Gummis. Da die Messungen einfach und schnell durchzuführen sind, eignen sie sich sehr gut für die Qualitätssicherung.
Bei der Produktion hochwertiger Elastomer-Bauteile kommt es auf viele Details an. Auch wenn das Rezept für das Compound im Rahmen der Produktentwicklung festgelegt wurde, spielt die Verteilung von Füll- und Zuschlagstoffen und alle Parameter, die die Vernetzung im Vulkanisationsvorgang beeinflussen eine entscheidende Rolle.
Die Messung der dynamischen Eigenschaften bei festgelegter Frequenz und Temperatur schafft hier Klarheit und sichert die gleichbleibende Qualität der Produkte. Um den Produktionsprozess lückenlos zu überwachen, wurde das Prüfsystem mit einer automatischen Zuführung der Probekörper ausgestattet, das sowohl die gleichmäßige Vortemperierung als auch einen kontinuierlichen Prüfprozess ermöglicht.
Die elektrodynamische Prüfmaschine LTM in Kombination mit dem Leichtbauroboter roboTest N eignet sich für anspruchsvolle Material- und Bauteilprüfungen. Die Maschine eignet sich besonders für die Analyse von Gummi und ist eine leistungsfähige Lösung für Forschung, Entwicklung und Qualitätssicherung. Die LTM basiert auf einem elektromagnetischen Linearantrieb und ist für dynamische sowie statische Prüfungen konzipiert. Typische Anwendungen sind Ermüdungs- und Lebensdauertests.
Gummi und Elastomere zeigen zeitabhängige Verformungen unter Belastung. In Verbindung mit der Software testXpert R ermöglicht die LTM 1 eine präzise Analyse dieser Eigenschaften, etwa durch Frequenz- und Temperatur-Sweeps. Dabei werden Parameter wie Speicher- und Verlustmodul, Verlustfaktor (tan δ) und dynamische Steifigkeiten ermittelt.
Automatisierung mit roboTest N
Für Labore mit hohem Durchsatz lässt sich die LTM optional mit dem Leichtbauroboter roboTest N automatisieren. Das System übernimmt die Probenzuführung, Positionierung und Spannvorgänge und eignet sich für Zug-, Druck- und Biegeversuche. Bis zu 200 Proben können autonom geprüft werden, inklusive Zusatzstationen wie Querschnittsmessung oder ID-Scan.
Intuitive Konfiguration mit testXpert
Die Prüfsoftware testXpert mit dem integrierten Sequencer erlaubt die intuitive Konfiguration komplexer Prüfabläufe. Standardfunktionen wie Rampen, Sinus- oder Rechteckprofile sowie automatisierte Temperatur- und Frequenzänderungen sind enthalten. Die Regelung erfolgt über Kraft-, Dehnungs- oder Lageregelung, ergänzt durch Spitzenwertregelung. In einer manipulationssicheren Datenbank werden alle Prüfparameter und Ergebnisse gespeichert und sind zudem exportierbar.
Haben Sie Fragen zur dynamisch-mechanischen Analyse? Wir beraten Sie gerne und unterstützen Sie bei Ihren Prüfaufgaben und Herausforderungen!
Prüfsysteme für die DMA Prüfung
Normen für die dynamisch-mechanische Analyse
Verschiedene Prüfverfahren mit erzwungenen Schwingungen für Kunststoffe, Composites, Gummi und Elastomere liegen in den ISO- und ASTM Normenreihen vor.
| Werkstoff | Norm | Beschreibung |
|---|---|---|
| Kunststoffe | ISO 6721-1 | Grundlagen und allgemeine Prinzipien zur Messung des viskoelastischen Verhalten von festen Kunststoffen |
| Kunststoffe | ISO 6721-4 | Bestimmung dynamisch-mechanischer Eigenschaften - Zugschwingung |
| Kunststoffe | ISO 6721-5 | Bestimmung dynamisch-mechanischer Eigenschaften - Biegeschwingung |
| Kunststoffe | ISO 6721-6 | Bestimmung dynamisch-mechanischer Eigenschaften - Scherschwingung |
| Kunststoffe | ISO 6721-11 | Bestimmung dynamisch-mechanischer Eigenschaften - Glasübergangstemperatur |
| Kunststoffe | ISO 6721-12 | Bestimmung dynamisch-mechanischer Eigenschaften - Druckschwingung |
| Kunststoffe | ASTM D5023 | Prüfung zur Ermittlung dynamisch-mechanischen Verhaltens von Kunststoffen mit Nicht-Resonanzmaschinen bei Frequenzen von 0,01 … 100 Hz im 3-Punkt-Biegeversuch |
| Kunststoffe | ASTM D5024 | Prüfung zur Ermittlung des dynamisch-mechanischen Verhaltens von Kunststoffen als Druckversuch, bei der runde Proben zwischen starren Platten zyklisch im elastischen Bereich belastet und die Temperatur kontrolliert erhöht wird. |
| Kunststoffe | ASTM D5026 | Prüfung zur Ermittlung des dynamisch-mechanischen Verhaltens von Kunststoffen als Zugversuch, bei dem Flachproben zwischen Spannvorrichtungen gedehnt und die Temperatur kontrolliert erhöht wird. |
| Kunststoffe | ASTM D5418 | Prüfung zur Ermittlung des dynamisch-mechanischen Verhaltens von Kunststoffen als Biegeversuch, bei dem ein einfach eingespannter Biegebalken zyklisch im elastischen Bereich des Materials bei Frequenzen von 0,01–100 Hz belastet wird, während die Temperatur konstant gehalten oder kontrolliert variiert wird. |
| Composites | ASTM D7028 | Prüfung zur Ermittlung des dynamisch-mechanischen Verhaltens von Polymermatrix-Verbundwerkstoffen als Biegeversuch, bei dem quaderförmige Prüfkörper zyklisch in 3-Punkt-Biegung oder in einer fixierten Biegevorrichtung bei 1 Hz und konstanter Dehnungsamplitude im linear-viskoelastischen Bereich geprüft werden, während die Temperatur ausgehend von Raumtemperatur erhöht wird. |
| Gummi | ISO 4664-1 | Bestimmung von dynamischen Eigenschaften an vulkanisiertem oder thermoplastischem Gummi |
| Gummi | ISO 4664-3 | Bestimmung der dynamischen Eigenschaften - Glasübergangstemperatur |
| Gummi/Elastomere | ASTM D5992 | Prüfung zur Ermittlung des dynamisch-mechanischen Verhaltens von Gummi und Elastomeren, bei der Prüfkörper unter dynamischer, freier oder erzwungener Resonanzanregung in Scherung, Druck, Zug, Biegung oder Torsion beansprucht werden, bei Umgebungstemperaturen von −70 °C bis +200 °C. |
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