Análisis dinámico mecánico (DMA, DMTA)
El análisis dinámico mecánico (DMA) caracteriza las propiedades viscoelásticas de los materiales dentro de un rango de frecuencias y temperaturas predeterminado, por lo que ofrece una gran capacidad de evaluación del comportamiento de los materiales poliméricos. Para la medición, se somete una probeta o un componente a una amplitud de oscilación sinusoidal libre o forzada, bajo control de desplazamiento o de fuerza.
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¿Qué se determina mediante el análisis dinámico mecánico (DMA)?
A partir de la evolución temporal de la medición de fuerza y deformación se determinan las siguientes propiedades fundamentales del material:
- El módulo de almacenamiento, que describe el comportamiento elástico
- El módulo de pérdidas, que describe el comportamiento viscoso
- El factor de pérdidas, tan δ, que describe el comportamiento elástico y el comportamiento viscoso.
- El módulo complejo, que describe el comportamiento viscoelástico en forma de vector en el plano de los números complejos.
¿Qué sistemas de ensayos son adecuados para el análisis dinámico mecánico?
La medición suele ser de corta duración con deformaciones reducidas. En consecuencia, las fuerzas que aparecen en la caracterización de materiales sobre probetas normalizadas suelen ser bajas.
Las fuerzas son mayores en la medición de componentes de mayor tamaño y piezas completas, como amortiguadores, neumáticos, cinturones o soportes de motor.
Mediante la selección del tipo de carga adecuado, son posibles tanto las solicitaciones por tensión normal como por cizalladura. Los tipos de solicitación habituales son:
- Solicitación a compresión
- Solicitación a tracción
- Solicitación a flexión
- Solicitación a cizalladura
- Solicitación a torsión
La oscilación puede aplicarse de forma unilateral con una carga base o también como carga alternante.
Para el análisis dinámico mecánico en componentes y piezas, son especialmente adecuados los sistemas de ensayos servohidráulicos y electrodinámicos como la máquina de ensayos de materiales LTM de ZwickRoell. Gracias a la alta precisión del sistema de medición de desplazamiento, la elevada rigidez del bastidor y el accionamiento sin aceite, resulta ideal para los ensayos DMA. Gracias a su accionamiento silencioso, la LTM es ideal para su uso en un laboratorio. El diseño compacto y el posicionamiento flexible de la electrónica tC II, en combinación con el control remoto para el ajuste preciso del ensayo, completan el concepto global.
Las frecuencias de ensayo exigidas por las normas, de 0,01 a 100 Hz, se encuentran de forma óptima dentro del rango de rendimiento de la LTM. Un amplio espectro de útiles de ensayo ofrece la máxima flexibilidad: desde platos de compresión, pasando por dispositivos de flexión con probetas fijadas o apoyadas libremente, hasta dispositivos para cargas de cizalladura y mordazas para una sujeción segura y firme. De este modo, puede reproducirse de forma fiable y eficiente una gran variedad de ensayos.
Análisis dinámico mecánico térmico (DMTA)
Con la repetición de la medición en un amplio rango de temperaturas (DMTA), pueden determinarse otros valores característicos, como la temperatura de transición vítrea, o sacar conclusiones sobre el grado de reticulación en plásticos termoendurecibles o elastómeros.
En algunas normas se exige una temperatura variable durante el ensayo. Para estos ensayos, ZwickRoell ofrece distintas cámaras de temperatura, que garantizan la solución exacta para cada aplicación.
Sistema de ensayos totalmente automatizado para mediciones DMA y para la determinación de propiedades dinámicas en caucho/elastómeros
Los análisis dinámico mecánicos nos dan información sobre las propiedades viscoelásticas de un material polimérico, el comportamiento dinámico del caucho y otras propiedades, como el efecto de las cargas de relleno o el grado de reticulación del caucho. Dado que las mediciones pueden realizarse de forma sencilla y rápida, resultan especialmente adecuadas para el control de calidad.
En la fabricación de componentes de elastómero de alta calidad, hay muchos detalles que son fundamentales. Aunque la formulación del compuesto se haya definido en el marco del desarrollo del producto, la distribución de las cargas de relleno y aditivos, así como todos los parámetros que influyen en la reticulación durante el proceso de vulcanización, desempeñan un papel decisivo.
La medición de las propiedades dinámicas a una frecuencia y temperatura definidas aporta claridad en este punto y garantiza una calidad constante de los productos. Para supervisar el proceso de producción de forma continua, el sistema de ensayos se ha equipado con un sistema de alimentación automática de probetas, que permite tanto un preacondicionamiento térmico uniforme como un proceso de ensayo continuo.
La máquina de ensayos electrodinámica LTM, en combinación con el robot ligero roboTest N, es perfecta para ensayos exigentes de materiales y componentes. La máquina es especialmente adecuada para el análisis de caucho y es una solución de alto rendimiento para la investigación, desarrollo y el control de calidad. La LTM se basa en un accionamiento lineal electromagnético y está diseñada para ensayos dinámicos y estáticos. Las aplicaciones típicas son los ensayos de fatiga y los ensayos de vida útil.
El caucho y los elastómeros presentan deformaciones que dependen del tiempo bajo carga. En combinación con el software de ensayo testXpert R, la LTM 1 permite un análisis preciso de estas propiedades, por ejemplo, mediante barridos de frecuencia y temperatura. En este proceso se determinan parámetros como el módulo de almacenamiento, el módulo de pérdidas, el factor de pérdidas (tan δ) y las rigideces dinámicas.
Automatización con roboTest N
Para laboratorios con un volumen de ensayos, la LTM puede automatizarse opcionalmente con el robot ligero roboTest N. El sistema se encarga de la alimentación de probetas, el posicionamiento y las operaciones de sujeción, y es adecuado para ensayos de tracción, compresión y flexión. Pueden ensayarse de forma autónoma hasta 200 probetas, incluyendo estaciones adicionales como la medición de sección o el escaneo de ID.
Configuración intuitiva con testXpert
El software de ensayo testXpert, con el Sequencer integrado, permite la configuración intuitiva de secuencias de ensayo complejas. Incluye funciones estándar como rampas, perfiles sinusoidales o rectangulares, así como cambios automatizados de temperatura y frecuencia. La regulación se realiza mediante control de fuerza, deformación o posición, complementado por regulación de valor pico. Todos los parámetros y resultados de ensayo se almacenan en una base de datos a prueba de manipulaciones y, además, pueden exportarse.
Normas para el análisis dinámico mecánico
Existen diferentes métodos de ensayo con oscilaciones forzadas para plásticos, composites, caucho y elastómeros recogidos en las series de normas ISO y ASTM.
| Material | Norma | Descripción |
|---|---|---|
| Plásticos | ISO 6721-1 | Fundamentos y principios generales para la medición del comportamiento viscoelástico de plásticos sólidos |
| Plásticos | ISO 6721-4 | Determinación de propiedades dinámico mecánicas – oscilación a tracción |
| Plásticos | ISO 6721-5 | Determinación de propiedades dinámico mecánicas – oscilación a flexión |
| Plásticos | ISO 6721-6 | Determinación de propiedades dinámico mecánicas – oscilación a cizalladura |
| Plásticos | ISO 6721-11 | Determinación de propiedades dinámico mecánicas – temperatura de transición vítrea |
| Plásticos | ISO 6721-12 | Determinación de propiedades dinámico mecánicas – oscilación a compresión |
| Plásticos | ASTM D5023 | Ensayo para determinar el comportamiento dinámico mecánico de plásticos con máquinas no resonantes a frecuencias de 0,01 a 100 Hz en ensayo de flexión en 3 puntos |
| Plásticos | ASTM D5024 | Ensayo para determinar el comportamiento dinámico mecánico de plásticos en compresión, en el que probetas redondas se cargan cíclicamente en el rango elástico entre placas rígidas y la temperatura se incrementa de forma controlada. |
| Plásticos | ASTM D5026 | Ensayo para determinar el comportamiento dinámico mecánico de plásticos en tracción, en el que probetas planas se deforman entre dispositivos de sujeción mientras la temperatura se incrementa de forma controlada. |
| Plásticos | ASTM D5418 | Ensayo para determinar el comportamiento dinámico mecánico de plásticos en flexión, en el que una viga en voladizo se carga cíclicamente en el rango elástico del material a frecuencias de 0,01–100 Hz, mientras la temperatura se mantiene constante o se varía de forma controlada. |
| Composites | ASTM D7028 | Ensayo para determinar el comportamiento dinámico mecánico de materiales compuestos de matriz polimérica en flexión, en el que cuerpos de ensayo prismáticos se ensayan cíclicamente en flexión en 3 puntos o en un dispositivo de flexión fijo a 1 Hz y con amplitud de deformación constante dentro del rango lineal-viscoelástico, mientras la temperatura se incrementa a partir de la temperatura ambiente. |
| Goma | ISO 4664-1 | Determinación de propiedades dinámicas en caucho vulcanizado o termoplástico |
| Goma | ISO 4664-3 | Determinación de las propiedades dinámicas – temperatura de transición vítrea |
| Caucho/elastómeros | ASTM D5992 | Ensayo para determinar el comportamiento dinámico mecánico de caucho y elastómeros, en el que los cuerpos de ensayo se someten a solicitaciones dinámicas mediante excitación en resonancia libre o forzada en cizalladura, compresión, tracción, flexión o torsión, a temperaturas ambiente de −70 °C a +200 °C. |
