Dynamisch-mechanische analyse (DMA, DMTA)
Dynamic Mechanical Analysis (DMA) karakteriseert de visco-elastische eigenschappen van materialen in bepaalde frequentie- en temperatuurbereiken, en levert belangrijke inzichten in het gedrag van polymeren. Tijdens de meting wordt een sample onderworpen aan een vrije of gedwongen sinusvormige oscillatie, gestuurd op basis van verplaatsing of kracht.
Karakteristieke waarde Testoplossingen Video Automatisering Normen Downloads
Wat bepaalt Dynamic Mechanical Analysis (DMA)?
De volgende fundamentele materiaaleigenschappen worden bepaald uit het tijdsverloop van de kracht- en vervormingsmetingen:
- De opslagmodulus, die het elastische gedrag beschrijft
- De verliesmodulus, die het viskeuze gedrag beschrijft
- De verliesfactor, tan δ, die de verhouding tussen het elastische en viskeuze gedrag beschrijft
- De complexe modulus, die het visco-elastische gedrag beschrijft als een vector in het complexe vlak
Welke testsystemen zijn geschikt voor dynamische mechanische analyse?
De meting is gewoonlijk kort met minimale vervorming. Hierdoor zijn de uitgeoefende krachten tijdens de materiaalkarakterisatie van standaard samples minimaal.
Hogere krachten ontstaan bij grotere en volledig producten zoals dempers, banden, riemen of motorsteunen.
Door het selecteren van de geschikte belasting kunnen zowel normale spanningen als afschuifspanningen aangebracht worden. Typische belastingssoorten zijn:
- Drukbelasting
- Trekbelasting
- Buigbelasting
- Vermoeiingsbelasting
- Torsiebelasting
waarbij de oscillatie aan één kant kan gebeuren met een basis- of alternerende belasting.
Servohydraulische en elektrodynamische testsystemen zoals de ZwickRoell LTM testmachine zijn bijzonder geschikt voor dynamische mechanische analyse van componenten. Het uiterst precieze verplaatsingsmeetsysteem, de uitgesproken stijfheid van het frame en de olievrije aandrijving maken ze ideaal voor DMA tests. Dankzij de stille aandrijving is de LTM uiterst geschikt voor gebruik in het laboratorium. Het plaatsbesparende ontwerp, de flexibele positie van de tC II sturing en de afstandbediening voor precieze inklemming vervolmaken het algemene concept.
Het prestatiebereik van de LTM omvat de testfrequenties vereist door de normen, van 0,01 tot 100 Hz. Een breed gamma testwerktuigen levert maximale flexibiliteit: van drukplaten en buigtestkits met vrij gemonteerde of vaste samples tot afschuifkrachttools en sampleklemmen voor stevige vaste inklemming. Hiermee kan een grote variëteit aan testtaken efficiënt en betrouwbaar behandeld worden.
Dynamic Mechanical Thermal Analysis (DMTA)
Door het herhalen van de meting in een breed temperatuurbereik (DMTA) kunnen bijkomende karakteristieke waarden zoals de glastransitietemperatuur bepaald worden, of kunnen conclusies getrokken worden over de mate van cross linking in hardbare kunststoffen of elastomeren.
In sommige normen is een variabele temperatuur vereist tijdens de test. Voor deze tests heeft ZwickRoell verschillende temperatuurkasten die de perfecte oplossing bieden voor elke toepassing.
Volautomatisch testsysteem voor DMA metingen en bepaling van de dynamische eigenschappen van rubber/elastomeren
Dynamische mechanische analyse levert inzichten in de visco-elastische eigenschappen van polymeren, het dynamische gedrag van rubber en andere karakteristieken zoals het effect van vulstoffen en de mate van cross linking in rubber. Omdat de metingen zich snel en makkelijk laten uitvoeren, zijn ze geschikt voor kwaliteitscontrole.
De productie van kwalitatieve componenten uit elastomeren zit in vele details. Zelfs als de formulering van de compound op punt werd gezet tijdens de ontwikkeling, blijven factoren zoals de verdeling van vulstoffen en additieven cruciaal, samen met alle parameters die cross linking beïnvloeden tijdens het vulkanisatieproces.
Het meten van de dynamische eigenschappen bij een vaste frequentie en temperatuur brengt duidelijkheid en verzekert een consistente productkwaliteit. Om het productieproces voortdurend te kunnen bewaken, werd het testsysteem uitgerust met een automatische sampletoevoer, voor een uniforme voorbehandeling en een continu testproces.
De LTM elektrodynamische testmachine en de roboTest N lichtgewicht robot vormen de ideale combinatie voor veeleisende tests op materialen en componenten. De machine is bijzonder geschikt voor analyse van rubber en vormt een uiterst performante oplossing voor kwaliteitscontrole, onderzoek en ontwikkeling. De LTM is gebaseerd op een elektromagnetische lineaire aandrijving en is geschikt voor zowel dynamische als statische materiaaltests. Typische toepassingen zijn vermoeiings- en lange duurtests.
Rubber en elastomeren vertonen tijdsafhankelijke vervormingen wanneer ze onderworpen worden aan een belasting. Via de testXpert R software kunnen deze eigenschappen met de LTM 1 precies geanalyseerd worden, bijvoorbeeld met frequentie- en temperatuursweeps. Parameters zoals de opslag- en verliesmodulus, verliesfactor (tan δ) en dynamische stijfheid zijn het resultaat.
Automatisering met roboTest N
Voor laboratoria met hoge aantallen tests, kan de LTM optioneel geautomatiseerd worden met de roboTest N lichtgewicht robot. Dit systeem voert samples aan, positioneert ze en klemt ze in. Het is geschikt voor trek-, druk- en buigtests. Tot 200 samples kunnen autonoom getest worden, inclusief bijkomende stappen zoals meting van de doorsnede of scannen van een ID.
Intuïtieve configuratie met testXpert
De testXpert software met geïntegreerde sequencer zorgt voor een intuïtieve configuratie van complexe testverlopen. Standaardfuncties zoals ramps, sinusvormige of rechthoekige profielen, automatische omschakeling tussen temperatuur en frequenties zijn inbegrepen. De sturing gebeurt op basis van de kracht, verlenging of positie. Alle testparameters en resultaten worden opgeslagen in een manipulatievrije database en kunnen worden geëxporteerd.
Normen voor dynamische mechanische analyse
In de ISO en ASTM normenreeksen zijn verschillende testmethoden beschikbaar voor kunststoffen, composieten, rubber en elastomeren.
| Materiaal | Norm | Beschrijving |
|---|---|---|
| Kunststoffen | ISO 6721-1 | Basis en algemene principes voor het meten van het visco-elastische gedrag van vaste kunststoffen |
| Kunststoffen | ISO 6721-4 | Bepaling van dynamische mechanische eigenschappen - vibratie onder trekbelasting |
| Kunststoffen | ISO 6721-5 | Bepaling van dynamische mechanische eigenschappen - vibratie onder buigbelasting |
| Kunststoffen | ISO 6721-6 | Bepaling van dynamische mechanische eigenschappen - vibratie onder afschuifbelasting |
| Kunststoffen | ISO 6721-11 | Bepaling van dynamische mechanische eigenschappen - glastransitietemperatuur |
| Kunststoffen | ISO 6721-12 | Bepaling van dynamische mechanische eigenschappen - vibratie onder drukbelasting |
| Kunststoffen | ASTM D5023 | Tests voor het bepalen van het dynamisch-mechanisch gedrag van kunststoffen met niet-resonerende machines bij frequenties van 0,01 tot 100 Hz in een 3-punts buigopstelling |
| Kunststoffen | ASTM D5024 | Een test voor het bepalen van het dynamisch-mechanische gedrag van kunststoffen, uitgevoerd als druktest, waarbij ronde samples cyclisch belast worden tussen stijve platen binnen hun elastisch gebied, en waarbij de temperatuur op een gecontroleerde manier verhoogd wordt. |
| Kunststoffen | ASTM D5026 | Een test voor het bepalen van het dynamisch-mechanische gedrag van kunststoffen, uitgevoerd als trektest, waarbij vlakke samples uitgerokken worden tussen klemmen, en waarbij de temperatuur op een gecontroleerde manier verhoogd wordt. |
| Kunststoffen | ASTM D5418 | Een test voor het bepalen van het dynamisch-mechanische gedrag van kunststoffen, uitgevoerd als buigtest, waarbij een makkelijk ingeklemde buigbalk cyclisch belast wordt binnen het elastische gebied van het materiaal bij frequenties van 0,01-100 Hz, terwijl de temperatuur constant gehouden wordt of gecontroleerd gevarieerd wordt. |
| Composieten | ASTM D7028 | Een test voor het bepalen van het dynamisch-mechanische gedrag van een composietmateriaal met polymeermatrix, uitgevoerd als buigtest, waarbij kubische samples cyclisch belast worden in een 3-punts of vaste buigtestkit bij 1 Hz, met een constante rekamplitude in het lineair-visco-elastische gebied, terwijl de temperatuur verhoogt vanaf kamertemperatuur doorheen de test. |
| Rubber | ISO 4664-1 | Bepaling van de dynamische eigenschappen van gevulkaniseerd of thermoplastisch rubber |
| Rubber | ISO 4664-3 | Bepaling van de dynamische eigenschappen - glastransitietemperatuur |
| Rubber/elastomeren | ASTM D5992 | Een test voor het bepalen van het dynamisch-mechanische gedrag van rubber en elastomeren, waarbij samples onderworpen worden aan afschuif-, druk-, trek-, buig- of torsiekrachten onder dynamische, vrije of geforceerde resonantiestimulatie, bij omgevingstemperaturen van -70 °C tot +200 °C. |
