Analyse mécanique dynamique (DMA, DMTA)
L’analyse mécanique dynamique (DMA) caractérise les propriétés visco-élastiques de matériaux dans une gamme de fréquences et de températures définie et sont très significatifs pour le comportement des matériaux polymères. Pour réaliser les mesures, une éprouvette ou un élément de construction est ainsi soumis à une amplitude de vibration sinusoïdale libre ou forcée avec contrôle de déplacement ou de force.
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Quelles sont les valeurs déterminées par l’analyse mécanique dynamique (DMA) ?
Les propriétés fondamentales du matériau suivantes sont calculées en fonction de l’évolution temporelle de la mesure de la force et de la déformation :
- Le module de stockage décrivant le comportement élastique.
- Le module de perte décrivant le comportement visqueux.
- Le facteur de perte tan δ décrivant le rapport entre comportement élastique et visqueux.
- Le module complexe décrivant le comportement visco-élastique sous forme de vecteur dans le plan complexe.
Quels sont les systèmes d’essai adaptés à l’analyse mécanique dynamique ?
Une mesure à court terme est généralement effectuée pour les déformations légères. En conséquence, les forces appliquées lors des mesures de caractérisation des matériaux sur éprouvettes normalisées sont faibles.
Des forces plus élevées sont appliquées lors de la mesure de composants plus volumineux et de pièces complètes tels que les amortisseurs, les pneus, les ceintures ou les bâtis-moteurs.
La sélection du type de contrainte approprié permet d’appliquer aussi bien des contraintes normales que des contraintes de cisaillement. Les contraintes types sont les suivantes :
- Contraintes de compression
- Contraintes de traction
- Contraintes de flexion
- Contraintes de cisaillement
- Contraintes de torsion
pour lesquelles la vibration peut être exercée de manière unilatérale avec une charge principale ou en tant que charge alternée.
Les systèmes d’essai servo-hydrauliques et électrodynamiques tels que la machine d’essai LTM de ZwickRoell sont particulièrement adaptés à l’analyse mécanique dynamique sur pièces et composants. Ils sont parfaitement adaptés aux essais DMA de par la précision élevée du système de mesure de course, la rigidité marquée du bâti et l’entraînement sans huile. L’entraînement silencieux de la LTM se prête particulièrement à une utilisation en laboratoire. La conception compacte ainsi que le positionnement modifiable de l’électronique tC II combiné à la télécommande pour un réglage précis du dispositif d’essai complètent le concept global.
Les fréquences d’essai de 0,01 à 100 Hz exigées par les normes sont comprises dans la plage proposée par la LTM. La large gamme d’outils d’essai fournit une très grande flexibilité : plateaux de compression, dispositifs de flexion pouvant accueillir des éprouvettes installées librement ou fixées, dispositifs pour charges de cisaillement ou encore mâchoires pour un serrage sûr et fiable. Les tâches d’essai les plus variées peuvent ainsi être réalisées de manière fiable et efficace.
Analyse thermomécanique dynamique (DMTA)
La répétition de la mesure dans une large plage de température (DMTA) permet de déterminer d’autres valeurs caractéristiques telles que la température de transition du verre ou de tirer des conclusions sur le degré de réticulation des plastiques thermodurcissables ou des élastomères.
Dans certaines normes, une température variable est requise au cours de l’essai. Pour ces essais, ZwickRoell propose différentes enceintes thermiques qui garantissent une solution bien adaptée à chaque application.
Système d’essai entièrement automatisé pour les mesures DMA et la détermination des propriétés dynamiques sur caoutchouc/élastomères
Les analyses mécaniques dynamiques fournissent des indications sur les propriétés visco-élastiques d’un matériau polymère, le comportement dynamique du caoutchouc et d’autres propriétés telles que l’effet des charges ou le degré de réticulation du caoutchouc. Les mesures étant faciles et rapides à réaliser, elles se prêtent parfaitement à l’assurance qualité.
De nombreux facteurs entrent en compte dans la production de composants élastomères de haute qualité. Bien que la recette du composé doive être déterminée dans le cadre du développement de produits, la répartition des charges et agrégats ainsi que l’ensemble des paramètres influençant la réticulation lors du processus de vulcanisation jouent un rôle décisif.
La mesure des propriétés dynamiques à une fréquence et une température déterminées apporte de la clarté dans ce contexte et permet de garantir la qualité constante des produits. Afin de surveiller le processus de production en continu, le système d’essai est équipé d’une alimentation automatique des éprouvettes permettant à la fois un préchauffage uniforme et un processus d’essai continu.
La machine d’essai électrodynamique LTM combinée au robot léger roboTest N se prête aux essais exigeants de matériaux et de composants. La machine est particulièrement adaptée à l’analyse du caoutchouc et représente une solution performante pour la recherche, le développement et l’assurance qualité. La machine LTM s’appuie sur un entraînement linéaire électromagnétique et est conçue pour les essais dynamiques et statiques. Les essais de fatigue et de durée de vie sont des applications typiques.
Sous contrainte, le caoutchouc et l’élastomère présentent des déformations qui dépendent du temps. Associée au logiciel testXpert R, la LTM 1 permet une analyse précise de ces propriétés, notamment par des balayages de fréquence et de température. Pour cela, des paramètres tels que les modules de stockage et de perte, le facteur de perte (tan δ) et les rigidités dynamiques sont calculés.
Automatisation avec le roboTest N
Pour les laboratoires présentant un débit élevé, la LTM peut être automatisée à l’aide du robot léger roboTest N disponible en option. Le système prend en charge l’alimentation en éprouvettes, le positionnement et le serrage et se prête aux essais de traction, de compression et de flexion. Jusqu’à 200 éprouvettes peuvent être testées de manière autonome, y compris les stations supplémentaires, telles que la mesure de section ou le lecteur d’identifiant.
Configuration intuitive avec testXpert
Le logiciel d’essai testXpert avec séquenceur intégré permet une configuration intuitive des procédures d’essais complexes. Il comprend les fonctions standards telles que les rampes, les profilés sinusoïdaux ou rectangulaires, ainsi que les modifications de température et de fréquence automatisées. Le contrôle s’effectue par réglage de la force, de l’allongement ou de la charge, complété par le réglage des valeurs de pic. L’ensemble des paramètres d’essai et des résultats sont enregistrés dans une base de données inviolable, d’où ils peuvent être exportés.
Normes pour l’analyse mécanique dynamique
Il existe plusieurs méthodes d’essai avec des vibrations forcées pour les plastiques, composites, caoutchoucs et élastomères dans les séries de normes ISO et ASTM.
| Matériau | Norme | Description |
|---|---|---|
| Plastique | ISO 6721-1 | Principes de base et généraux pour la mesure du comportement visco-élastique des plastiques rigides |
| Plastique | ISO 6721-4 | Détermination des propriétés mécaniques dynamiques - Vibration de traction |
| Plastique | ISO 6721-5 | Détermination des propriétés mécaniques dynamiques - Vibration de flexion |
| Plastique | ISO 6721-6 | Détermination des propriétés mécaniques dynamiques - Vibration de cisaillement |
| Plastique | ISO 6721-11 | Détermination des propriétés mécaniques dynamiques - Température de transition du verre |
| Plastique | ISO 6721-12 | Détermination des propriétés mécaniques dynamiques - Vibration de compression |
| Plastique | ASTM D5023 | Essai pour la détermination du comportement mécanique dynamique des plastiques avec des machines non résonantes à des fréquences de 0,01 à 100 Hz dans l’essai de flexion 3 points |
| Plastique | ASTM D5024 | Essai pour la détermination du comportement mécanique dynamique des plastiques sous forme d’essai de compression, au cours duquel des éprouvettes cylindriques sont soumises à des charges de manière cyclique entre des plaques rigides dans le domaine élastique, la température étant augmentée de manière contrôlée. |
| Plastique | ASTM D5026 | Essai pour la détermination du comportement mécanique dynamique des plastiques sous forme d’essai de traction, au cours duquel des éprouvettes plates sont étirées entre des dispositifs de serrage, la température étant augmentée de manière contrôlée. |
| Plastique | ASTM D5418 | Essai pour la détermination du comportement mécanique dynamique des plastiques sous forme d’essai de flexion, au cours duquel un barreau de flexion simplement serré est soumis à des charges de manière cyclique dans la plage élastique du matériau à des fréquences comprises entre 0,01 et 100 Hz, alors que la température est maintenue constante ou varie de manière contrôlée. |
| Composites | ASTM D7028 | Essai pour la détermination du comportement mécanique dynamique des composites à matrice polymère sous forme d’essai de flexion, au cours duquel des éprouvettes parallélépipédiques sont testées de manière cyclique dans un dispositif de flexion à 3 points ou dans un dispositif de flexion fixe à 1 Hz et avec une amplitude d'allongement constante dans la plage visco-élastique linéaire, alors que la température est augmentée par rapport à la température ambiante. |
| Caoutchouc | ISO 4664-1 | Détermination des propriétés dynamiques sur caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique |
| Caoutchouc | ISO 4664-3 | Détermination des propriétés dynamiques - Température de transition du verre |
| Caoutchouc/élastomères | ASTM D5992 | Essai pour la détermination du comportement mécanique dynamique des caoutchoucs et élastomères, au cours duquel des éprouvettes sont soumises à des contraintes de cisaillement, de compression, de traction, de flexion ou de torsion sous l’effet d’une excitation par résonance dynamique, libre ou forcée, à des températures ambiantes comprises entre −70 °C et +200 °C. |
