Analisi meccanica-dinamica (DMA, DMTA)
L’analisi meccanica dinamica (DMA) caratterizza le proprietà viscoelastiche dei materiali in un determinato range di frequenze e temperature, rendendolo uno strumento estremamente utile per comprendere il comportamento dei materiali polimerici. Per la misurazione, un provino o un componente viene sottoposto a un'ampiezza di oscillazione sinusoidale libera o forzata, con controllo dello spostamento o della forza.
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Cosa si misura con l'analisi meccanica dinamica (DMA)?
Dalla sequenza temporale delle misurazioni della forza e della deformazione si determinano le seguenti proprietà fondamentali del materiale:
- Il modulo di conservazione, che descrive il comportamento elastico
- Il modulo di perdita, che descrive il comportamento viscoso
- Il fattore di perdita, tan δ, che descrive il rapporto tra comportamento elastico e viscoso.
- Il modulo complesso, che descrive il comportamento viscoelastico come un vettore nel piano dei numeri complessi.
Quali sistemi di prova sono adatti all'analisi meccanica dinamica?
Si tratta in genere di una misurazione a breve termine con una deformazione minima. Di conseguenza, le forze applicate durante le misurazioni di caratterizzazione dei materiali su provini standard sono minime.
Durante la misurazione di componenti più grandi e completi, come ammortizzatori, pneumatici, cinghie o supporti motore, si generano forze maggiori.
Scegliendo il tipo di carico appropriato, è possibile applicare sia lo stress normale che quello di taglio. I tipi di carichi tipici includono:
- Carico di compressione
- Carico di trazione
- Carico flessionale
- Carico di fatica
- Carico di torsione
in modo tale che l'oscillazione possa avvenire su un lato con un carico di base o anche con un carico alternato.
I sistemi di prova servoidraulici ed elettrodinamici come la macchina di prova LTM di ZwickRoell sono particolarmente adatti all'analisi meccanica dinamica dei componenti. Il suo sistema di misurazione della corsa ad alta precisione, l'elevata rigidità del telaio e la trasmissione senza olio la rendono ideale per le prove DMA. Grazie al suo funzionamento silenzioso, la LTM è particolarmente adatta all'uso in laboratorio. Il design salvaspazio e il posizionamento flessibile dell'elettronica del tC II, insieme al telecomando per il posizionamento preciso del dispositivo di prova, completano il concetto generale.
La gamma di prestazioni della LTM copre in modo ottimale le frequenze di prova richieste dalle norme, che vanno da 0,01 a 100 Hz. Un'ampia gamma di strumenti di prova garantisce la massima flessibilità: dai piatti di compressione ai kit per prove di flessione con provini montati liberi o fissi, fino ai dispositivi per prove di taglio e alle morse di serraggio per un fissaggio sicuro e saldo. Ciò consente di riprodurre in modo affidabile ed efficiente un'ampia gamma di task di prova.
Analisi meccanica dinamica termica (DMTA)
Ripetendo la misurazione in un ampio range di temperature (DMTA), è possibile determinare ulteriori valori caratteristici, come la temperatura di transizione vetrosa, oppure trarre conclusioni sul grado di reticolazione nelle materie plastiche induribili o negli elastomeri.
In alcune normative è richiesta una temperatura variabile durante la prova. Per queste prove, ZwickRoell offre diverse camere a temperatura condizionata che garantiscono la soluzione perfetta per ogni applicazione.
Sistema di prova completamente automatizzato per misurazioni DMA e la determinazione delle proprietà dinamiche di gomma/elastomeri
Le analisi meccaniche dinamiche forniscono informazioni sulle proprietà viscoelastiche dei materiali polimerici, sul comportamento dinamico della gomma e su altre caratteristiche, quali l'effetto delle cariche o il grado di reticolazione nella gomma. Poiché le misurazioni sono rapide e facili da eseguire, sono adatte al controllo qualità.
La produzione di componenti in elastomero di alta qualità dipende da molti dettagli. Anche se la formulazione del composto è stata definita durante la fase di sviluppo del prodotto, la distribuzione dei riempitivi e degli additivi, insieme a tutti i parametri che influenzano la reticolazione durante il processo di vulcanizzazione, rimane fondamentale.
La misurazione delle proprietà dinamiche a una frequenza e a una temperatura fisse garantisce chiarezza e assicura una qualità costante del prodotto. Per garantire un monitoraggio continuo del processo di produzione, il sistema di prova è stato dotato di un alimentatore automatico dei provini, che consente sia un precondizionamento uniforme sia un processo di prova continuo.
La macchina di prova elettrodinamica LTM combinata con il robot della categoria "dei pesi leggeri" roboTest N è l’ideale per le prove su materiali e componenti più esigenti. La macchina è particolarmente indicata per l'analisi della gomma e offre una soluzione ad alte prestazioni per la ricerca, lo sviluppo e il controllo qualità. La LTM si basa su un azionamento lineare elettromagnetico ed è progettata per prove sui materiali sia dinamiche che statiche. Tra le applicazioni tipiche figurano le prove di fatica e di resistenza.
La gomma e gli elastomeri presentano deformazioni che variano nel tempo quando vengono sottoposti a carico. Insieme al software testXpert R, la LTM 1 consente un'analisi accurata di queste proprietà, ad esempio tramite scansioni di frequenza e temperatura. Vengono determinati parametri quali il modulo di conservazione e di perdita, il fattore di perdita (tan δ) e la rigidità dinamica.
Automazione con roboTest N
Per i laboratori ad alta produttività, la LTM può essere automatizzata, come opzione, con il robot della categoria dei "pesi leggeri" roboTest N. Il sistema si occupa dell'alimentazione, del posizionamento e della presa dei provini ed è adatto per prove di trazione, compressione e flessione. È possibile analizzare in modo autonomo fino a 200 provini, comprese stazioni aggiuntive quali la misurazione della sezione trasversale o la scansione ID.
Configurazione intuitiva con testXpert
Il software testXpert grazie al sequenziatore integrato consente una configurazione intuitiva di sequenze di prova complesse. Sono incluse funzioni standard quali rampe, profili sinusoidali o rettangolari, nonché variazioni automatiche di temperatura e frequenza. Il controllo avviene tramite controllo della forza, dell'allungamento o della posizione, integrato dal controllo dei valori di picco. Tutti i parametri e i risultati delle prove vengono memorizzati in un database a prova di manomissione e possono anche essere esportati.
Normative per l'analisi meccanica dinamica
Le serie di normative ISO e ASTM prevedono diversi metodi di prova con vibrazioni forzate per materie plastiche, materiali compositi, gomma ed elastomeri.
| Materiale | Normativa | Descrizione |
|---|---|---|
| Materie plastiche | ISO 6721-1 | Nozioni di base e principi generali per la misurazione del comportamento viscoelastico delle materie plastiche solide |
| Materie plastiche | ISO 6721-4 | Determinazione delle proprietà meccaniche dinamiche - vibrazione a trazione |
| Materie plastiche | ISO 6721-5 | Determinazione delle proprietà meccaniche dinamiche - vibrazione a flessione |
| Materie plastiche | ISO 6721-6 | Determinazione delle proprietà meccaniche dinamiche - vibrazione a taglio |
| Materie plastiche | ISO 6721-11 | Determinazione delle proprietà meccaniche dinamiche - temperatura di transizione del vetro |
| Materie plastiche | ISO 6721-12 | Determinazione delle proprietà meccaniche dinamiche - vibrazione a pressione |
| Materie plastiche | ASTM D5023 | Prova per determinare il comportamento dinamico-meccanico delle materie plastiche mediante macchine non risonanti a frequenze comprese tra 0,01 e 100 Hz in prove di flessione a tre punti |
| Materie plastiche | ASTM D5024 | Prova volta a determinare il comportamento dinamico-meccanico delle materie plastiche, eseguita sotto forma di prova di compressione in cui provini rotondi vengono sottoposti a carichi ciclici tra piastre rigide entro il loro range elastico, mentre la temperatura viene aumentata in modo controllato. |
| Materie plastiche | ASTM D5026 | Prova volta a determinare il comportamento dinamico-meccanico delle materie plastiche, eseguita sotto forma di prova di trazione, in cui provini piatti vengono sottoposti a trazione tra dispositivi di serraggio mentre la temperatura viene aumentata in modo controllato. |
| Materie plastiche | ASTM D5418 | Prova volta a determinare il comportamento dinamico-meccanico delle materie plastiche, eseguita sotto forma di prova di flessione, in cui una trave di flessione facilmente fissabile viene sottoposta a sollecitazioni cicliche entro il range elastico del materiale a frequenze comprese tra 0,01 e 100 Hz, mentre la temperatura viene mantenuta costante o variata in modo controllato. |
| Compositi | ASTM D7028 | Prova volta a determinare il comportamento dinamico-meccanico di un materiale composito a matrice polimerica, condotta sotto forma di prova di flessione, in cui i provini cuboidi vengono sottoposti a prove cicliche in un kit per prove di flessione a tre punti o prova fissa a 1 Hz, con un'ampiezza di deformazione costante nel range lineare-viscoelastico, mentre la temperatura viene aumentata rispetto alla temperatura ambiente per tutta la durata della prova. |
| Gomma | ISO 4664-1 | Determinazione delle proprietà dinamiche della gomma vulcanizzata o termoplastica |
| Gomma | ISO 4664-3 | Determinazione delle proprietà dinamiche - temperatura di transizione del vetro |
| Gomma/elastomeri | ASTM D5992 | Prova volta a determinare il comportamento dinamico-meccanico della gomma e degli elastomeri, in cui i provini vengono sottoposti a taglio, compressione, trazione, flessione o torsione sotto stimoli dinamici, in condizioni di risonanza libera o forzata, a temperature ambiente comprese tra −70°C e +200°C. |
