Dynamisch-mechanische Analyse (DMA)

Die dynamisch-mechanische Analyse (DMA) ist eine unentbehrliche Methode zur Bestimmung der viskoelastischen Eigenschaften, vorwiegend polymerer Werkstoffe. So sind Elastomere zum Beispiel unterhalb der Glasübergangstemperatur Tg sehr steif und weisen einen hohen Elastizitätsmodul auf. Oberhalb der Tg sind sie flexibel und dämpfend.

Die DMA misst die viskoelastischen Eigenschaften während eines kontrollierten Temperatur- und/oder Frequenzprogramms.

 

Wie verhalten sich viskoelastische Polymere?

Die dynamisch-mechanischen Eigenschaften viskoelastischer Polymermaterialien sind abhängig von der Einsatztemperatur, der Art der auf die Probe ausgeübten oszillierenden Kraft und der Frequenz oder Zeitabhängigkeit der aufgebrachten oszillierenden Kraft. Der ermittelte Elastizitätsmodul des Polymermaterials ist keine konstante Zahl, sondern eine Funktion der Temperatur, Zeit und Frequenz der oszillierenden Kraft, die auf die Probe mit definierter Geometrie einwirkt.

Methode

Während des Tests wird eine sinusförmige Kraft (Spannung σ) auf die Probe (Eingang) aufgebracht. Dies hat eine sinusförmigen Deformation (Dehnung ε; Ausgang) zur Folge.
Gewisse Materialien wie Polymere zeigen ein viskoelastisches Verhalten, d.h., sie weisen sowohl elastische (entsprechend einer Feder) als auch viskose Eigenschaften (entsprechend eines idealen Dämpfers) auf. Aufgrund dieses viskoelastischen Verhaltens sind die entsprechenden Spannungs- und Dehnungskurven verschoben. Diese Abweichung bezeichnet man als Phasenverschiebung δ. Das Antwortsignal (Dehnung, ε) wird mittels Fourier-Transformation in einen “In-Phase”- und einen “Außer Phase”-Anteil aufgeteilt.

Die Methode ist zum Beispiel in ISO 6721-1 bis 12, ASTM D4065-90, ASTM D4092-90, ASTM D4473-95, ASTM D5418-99, ASTM D5023-99, ASTM D5024-95a, ASTM D5026-95a, ASTM D5279-99, ASTM E1640-94 und ASTM E1867-97 beschrieben.

 

Welche Materialien können getestet werden?

Von Flüssigkeiten, Gummi über faserverstärkte Kunststoffe, von Lebensmitteln und Pharmazeutika bis hin zu Metallen und Keramiken ‒ alle diese Materialien können mittels DMA durch Anwendung unterschiedlicher Probenhalter, Zubehör und Messmethoden untersucht werden.

Deformationsmodi

  • 3-Punkt-Biegung
  • 4-Punkt-Biegung
  • Ein-/zweiarmige Biegung
  • Zug
  • Scherung
  • Kompression
  • Penetration

Messmodi

  • Statische Modi: TMA, Iso-strain, Kriechen und Relaxation
  • Dynamische Modi: Standard, Stress- und Strain-Sweep
  • Multifrequenz-Tests
  • Immersionstests

Mittels DMA erhaltene Parameter

  • Komplexer Modul E*
  • Komplexer Schermodul G*
  • Nachgiebigkeit D*
  • Dämpfungsfaktor tanδ
  • Amplitude A
  • Federkonstante c*
  • Statische Längenänderung dL
  • Dynamische Kraft Fdyn
  • Statische Kraft Fstat

Aus DMA-Messungen erhaltene Informationen

  • Daten zu Steifigkeits- und Dämpfungsverhalten (Modulwerte und Dämpfungsfaktor unter den verschiedensten Bedingungen)
  • Daten über die Zusammensetzung und Struktur von Polymerblends (Verträglichkeit)
  • Glasumwandlungstemperatur hochvernetzter, amorpher oder teilkristalliner Polymere und Verbundwerkstoffe
  • Aushärtung/Nachhärtung
  • Alterung
  • Vorhersage des Materialverhaltens mittels Zeit-Temperatur-Superposition (TTS)

 

NETZSCH DMA Systeme

DMA 242 E Artemis

Der robuste Aufbau der DMA 242 E Artemis und die hohe Auflösung des Deformationsmesssystems ermöglichen genaue Messungen gleichermaßen an hochsteifen und sehr weichen Proben. Verschiedenste Deformationsarten, digitale Signalfilterung, kinetische Auswertungen und Frequenzextrapolation machen die DMA 242 E Artemis zum echten Multitalent.

DiPLEXOR®

Simultaneous Dielectric (DEA) and Dynamic Mechanical Analyzer (DMA)

DMA GABO EPLEXOR® Serie bis 500 N

Die Prüfgeräte der DMA GABO EPLEXOR®-Serie bis ±500 N erlauben die dynamisch-mechanische (oder statische) Charakterisierung einer vielfältigen Auswahl unterschiedlicher Materialien wie Polymere, Verbundwerkstoffe, Metalle, Keramiken, Biomaterialien und Lebensmittel sowie hochzähe Flüssigkeiten.

DMA GABO EPLEXOR® Ultra-High Force Serie bis 6000 N

Die modularen Standgeräte der Luxusklasse der NETZSCH DMA GABO EPLEXOR®®-Serie sind speziell ausgelegt für die Bestimmung des linearen und nicht linearen viskoelastischen Verhaltens von Materialien, die Messungen unter hohen Kräften und/oder großen Deformationen erfordern.

DMA EPLEXOR® Hochtemperatur Serie bis 500 N

Die Geräte der EPLEXOR® HT-Serie von NETZSCH GABO sind die einzigen DMA/DMTA-Apparaturen auf dem Markt für Messungen bis 1500 °C.