Análise dinâmico-mecânica (DMA, DMTA)
A análise dinâmico-mecânica (DMA) caracteriza as propriedades viscoelásticas dos materiais em um espectro definido de frequência e temperatura, fornecendo assim informações importantes sobre o comportamento de materiais poliméricos. Para a medição, um corpo de prova ou componente é submetido a uma amplitude de oscilação sinusoidal livre ou forçada, sob controle de deslocamento ou de força.
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O que é determinado por meio da análise dinâmico-mecânica (DMA)?
A partir da curva temporal da medição de força e deformação, são determinadas as seguintes propriedades fundamentais do material:
- O módulo de armazenamento, que descreve o comportamento elástico
- O módulo de perda, que descreve o comportamento viscoso
- O fator de perda, tan δ, que descreve a relação entre o comportamento elástico e o viscoso.
- O módulo complexo, que descreve o comportamento viscoelástico na forma de um vetor no plano dos números complexos.
Quais sistemas de ensaio são adequados para a análise dinâmico-mecânica (DMA)?
A medição é, normalmente, um ensaio de curta duração com pequenas deformações. Consequentemente, as forças que ocorrem nas medições para a caracterização de materiais em corpos de prova normatizados são baixas.
Forças mais elevadas ocorrem na medição de componentes maiores e de conjuntos completos, como amortecedores, pneus, cintas ou suportes de motor.
Por meio da escolha do tipo de carregamento adequado, são possíveis tanto solicitações de tensão normal quanto de tensão de cisalhamento. Os modos de aplicação de carga típicos são:
- Carga de compressão
- Carga de Tração
- Carga de Flexão
- Carga de Fadiga
- Carga de Torção
Sendo que a oscilação pode ocorrer de forma unilateral com uma carga base ou também como carga alternada.
Para a análise dinâmico-mecânica em componentes e conjuntos, são especialmente adequados sistemas de ensaio servohidráulicos e eletrodinâmicos, como a máquina de ensaio LTM da ZwickRoell. A alta precisão na medição de deslocamento, aliada à elevada rigidez estrutural e ao acionamento livre de óleo, torna o equipamento ideal para ensaios de DMA. Graças ao acionamento silencioso, a LTM é especialmente adequada para uso em laboratório. O design compacto, aliado ao posicionamento flexível da eletrônica tC II e ao controle remoto para ajuste preciso do ensaio, completa o conceito do sistema.
As frequências de ensaio exigidas pelas normas, de 0,01 a 100 Hz, estão dentro da faixa ideal de operação da LTM. Uma ampla gama de dispositivos de ensaio garante máxima flexibilidade: desde placas de compressão e dispositivos de flexão com corpos de prova apoiados livremente ou fixados, até dispositivos para solicitações de cisalhamento, bem como suportes de amostras para fixação segura e rígida. Assim, é possível realizar uma ampla variedade de ensaios de forma confiável e eficiente.
Análise dinâmico-mecânico-térmica (DMTA)
Por meio da repetição da medição em uma ampla faixa de temperatura (DMTA), é possível determinar outros valores característicos, como a temperatura de transição vítrea, bem como obter conclusões sobre o grau de reticulação em plásticos ou elastômeros curáveis.
Algumas normas exigem a variação de temperatura durante o ensaio. Para esses ensaios, a ZwickRoell oferece diferentes câmaras térmicas, garantindo a solução ideal para cada aplicação.
Sistema de ensaio totalmente automatizado para medições de DMA e determinação das propriedades dinâmicas de borracha/elastômeros
As análises dinâmico-mecânicas fornecem informações sobre as propriedades viscoelásticas de um material polimérico, o comportamento dinâmico da borracha e outras características, como o efeito de cargas minerais ou o grau de reticulação da borracha. Como as medições são simples e rápidas de realizar, elas são muito adequadas para o controle de qualidade.
Na produção de componentes de elastômero de alta qualidade, muitos detalhes são fundamentais. Mesmo que a fórmula do composto tenha sido definida durante o desenvolvimento do produto, a distribuição dos enchimentos e aditivos, bem como todos os parâmetros que influenciam a reticulação no processo de vulcanização, desempenham um papel decisivo.
A medição das propriedades dinâmicas em frequência e temperatura definidas proporciona clareza nesse processo e garante a qualidade consistente dos produtos. Para monitorar o processo de produção de forma contínua, o sistema de ensaio foi equipado com uma alimentação automática dos corpos de prova, permitindo tanto o pré-aquecimento uniforme quanto um processo de ensaio contínuo.
A máquina de ensaio eletrodinâmica LTM, em combinação com o robô leve roboTest N, é adequada para ensaios exigentes de materiais e componentes. A máquina é especialmente adequada para a análise de borracha e representa uma solução eficiente para pesquisa, desenvolvimento e controle de qualidade. A LTM é baseada em um acionamento linear eletromagnético e foi projetada para ensaios dinâmicos e estáticos. Aplicações típicas incluem ensaios de fadiga e de resistência..
Borracha e elastômeros apresentam deformações dependentes do tempo quando submetidos à carga. Em conjunto com o software testXpert R, a LTM 1 permite uma análise precisa dessas propriedades, por exemplo, por meio de varreduras de frequência e temperatura. Nessa análise, são determinados parâmetros como módulo de armazenamento e perda, fator de perda (tan δ) e rigidez dinâmica.
Automação com roboTest N
Para laboratórios com alto volume de ensaios, a LTM pode ser opcionalmente automatizada com o robô leve roboTest N. O sistema realiza a alimentação, posicionamento e fixação das amostras, sendo adequado para ensaios de tração, compressão e flexão. Até 200 amostras podem ser ensaiadas de forma autônoma, incluindo estações adicionais como medição de seção transversal ou leitura de ID.
Configuração intuitiva com testXpert
O software testXpert, com o sequenciador integrado, permite a configuração intuitiva de procedimentos de ensaio complexos. Funções padrão como rampas, perfis senoidais ou retangulares, bem como alterações automáticas de temperatura e frequência, estão incluídas. O controle é realizado por meio de controle de força, de deformação ou controle de posição, complementado por controle de valor de pico. Todos os parâmetros e resultados do ensaio são armazenados em um banco de dados à prova de adulteração e também podem ser exportados.
Normas para a análise mecânica dinâmica
Diferentes métodos de ensaio com oscilações forçadas para plásticos, compósitos, borracha e elastômeros estão descritos nas séries de normas ISO e ASTM.
| Material | Norma | Descrição |
|---|---|---|
| Plásticos | ISO 6721-1 | Princípios básicos e gerais para medir o comportamento viscoelástico de plásticos sólidos |
| Plásticos | ISO 6721-4 | Determinação das propriedades mecânicas dinâmicas - vibração de tração |
| Plásticos | ISO 6721-5 | Determinação das propriedades mecânicas dinâmicas - vibração de flexão |
| Plásticos | ISO 6721-6 | Determinação das propriedades mecânicas dinâmicas - vibração de cisalhamento |
| Plásticos | ISO 6721-11 | Determinação das propriedades mecânicas dinâmicas - temperatura de transição vítrea |
| Plásticos | ISO 6721-12 | Determinação das propriedades mecânicas dinâmicas - vibração de pressão |
| Plásticos | ASTM D5023 | Ensaio para determinar o comportamento dinâmico-mecânico de plásticos usando máquinas não ressonantes em frequências de 0,01 a 100 Hz em ensaios de flexão de 3 pontos |
| Plásticos | ASTM D5024 | Ensaio para determinação do comportamento dinâmico-mecânico de plásticos por compressão, no qual amostras circulares são submetidas ciclicamente entre placas rígidas dentro da faixa elástica, enquanto a temperatura é controladamente aumentada. |
| Plásticos | ASTM D5026 | Ensaio para determinação do comportamento dinâmico-mecânico de plásticos por tração, no qual amostras planas são esticadas entre dispositivos de fixação enquanto a temperatura é controladamente aumentada. |
| Plásticos | ASTM D5418 | Ensaio para determinação do comportamento dinâmico-mecânico de plásticos por flexão, no qual uma viga simplesmente apoiada é submetida ciclicamente dentro da faixa elástica do material, em frequências de 0,01 a 100 Hz, enquanto a temperatura é mantida constante ou controladamente variada. |
| Compósitos | ASTM D7028 | Ensaio para determinação do comportamento dinâmico-mecânico de compósitos à base de matriz polimérica por flexão, no qual corpos de prova em forma de bloco são submetidos ciclicamente a flexão em 3 pontos ou em um dispositivo de flexão fixo, a 1 Hz e amplitude de deformação constante na faixa viscoelástica linear, enquanto a temperatura é aumentada a partir da temperatura ambiente. |
| Borracha | ISO 4664-1 | Determinação das propriedades dinâmicas de borracha vulcanizada ou termoplástica |
| Borracha | ISO 4664-3 | Determinação das propriedades dinâmicas – temperatura de transição vítrea |
| Borracha/Elastômeros | ASTM D5992 | Ensaio para determinação do comportamento dinâmico-mecânico de borracha e elastômeros, no qual os corpos de prova são submetidos a excitação dinâmica, livre ou forçada, em cisalhamento, compressão, tração, flexão ou torção, em temperaturas ambientes de −70 °C a +200 °C. |
