dynamisk mekanisk analyse eller kort sagt DMA er en ekstremt alsidig og fleksibel analytisk teknik til måling af de fysiske egenskaber (inkl: opbevaringsmodul, glasovergangstemperatur osv..) af en række materialer. Selvom de første forsøg på at udføre denne type test startede i begyndelsen af det 20.århundrede, var kommercielle maskiner først tilgængelige i 1950 ‘ erne, og disse var ekstremt begrænsede i, hvad de kunne gøre. Det var først i 1980 ‘erne, da computerens processorkraft blev kombineret med DMA’ s mekanik, at teknikken fik bredere appel blandt forskere. I løbet af denne tid begyndte mange kommercielle instrumentleverandører at sælge DMA-maskiner og gav teknikken forskellige forskellige navne, hvoraf nogle stadig er i brug i dag, såsom dynamisk mekanisk termisk analyse (DMTA), dynamisk mekanisk spektroskopi eller dynamisk termomekanisk analyse.
efterhånden som teknikken udviklede sig, blev der tilføjet flere og flere funktioner, såsom evnen til at teste prøver i forskellige former (faste stoffer, væsker, pastaer osv..), i forskellige tilstande (spænding, forskydning, bøjning, torsion osv.) og i forskellige miljøer (luft, væske, fugtighedsområde osv.).
mere kraftfulde maskiner tillod større, mere repræsentative prøver, der skal testes. Dette er især vigtigt for kompositter, hvor forskellige layups kan påvirke resultaterne. Efterhånden som computerkraften steg, blev DMA-teknikken mere brugervenlig, hvilket førte til, at instrumenterne blev brugt i kvalitetskontrolmiljøer såvel som i udviklingen af nye materialer.
DMA er nu fast etableret inden for den termiske analysefamilie af teknikker, herunder differentiel Scanningskalorimetri (DSC), Termogravimetrisk analyse (TGA) og termomekanisk analyse (TMA).
selvom DMA kan bruges til at undersøge mange fysiske egenskaber ved et materiale, er dets nøglestyrke evalueringen af glasovergangstemperaturen (Tg) for en polymer. DMA ‘ s følsomhed over for Tg gør det til det foretrukne værktøj for forskere over hele verden. Ikke kun kan DMA nøjagtigt måle Tg det kan også med succes identificere sekundære overgange, som har en betydelig indflydelse på ydeevnen af et polymert materiale.
ved standardbrug involverer den grundlæggende drift af DMA anvendelsen af en sinusformet varierende stress på en prøve og overvågningen af den resulterende deformation. I typiske DMA-eksperimenter påføres spændingen ved en konstant frekvens (normalt 1 time), stammen holdes konstant, og temperaturen øges ved en konstant opvarmningshastighed (typisk mellem 1 & 5 liter C/min). Som tidligere nævnt er der forskellige tilstande til rådighed for at holde en prøve, som gør det muligt at måle et komplet udvalg af materialetyper. Udgangen fra en DMA-enhed er i form af vigtige mekaniske egenskaber (lagringsmodul E’, tabsmodul E” og et mål for “dæmpning” eller tabs tangent) versus temperatur eller tid. På nogle DMA-maskiner kan varmeudvidelseskoefficienten (CTE) måles, da udvidelsen eller sammentrækningen af en prøve måles.
selvom DMA er en meget alsidig teknik, har den sine ulemper. For eksempel kan DMA måle lagringsmodulet (E’) af et polymert materiale, men at opnå en nøjagtig værdi er meget udfordrende, især hvis operatøren udfører en termisk scanning af materialet. For at muliggøre de væsentlige ændringer, der forekommer i mekaniske egenskaber (når et polymermateriale opvarmes), er prøvestørrelsen, der anvendes til en sådan test, et kompromis for at holde det inden for udstyrets måleområde. For at opnå nøjagtige lagringsmodul (E’) data for et polymert materiale udføres testen bedst isotermisk, og der skal udvises betydelig omhu for at sikre, at den mest passende prøvestørrelse og fastspændingsgeometri anvendes.
selvom det undertiden kan være udfordrende at opnå nøjagtige Mekaniske data ved hjælp af en DMA, har hovedformålet med teknikken altid været at sammenligne en række tests med samme prøvestørrelse og testbetingelser. Aspekter af et materiales formulering eller behandlingsbetingelser kan derefter varieres, og indvirkningen på et materiales fysiske ydeevne undersøges. Dette er helt acceptabelt OK, hvis du bruger det samme instrument bruges fra samme producent, men sammenligning mellem forskellige maskiner viser ikke en særlig god tilpasning af resultaterne. Dette er ikke overraskende, da Kamrene, som holder prøverne fra forskellige producenter er af væsentligt forskellige design og størrelser. Dette fører til forskellige termiske profiler i kamrene, og dette kan føre til subtile, men vigtige variationer i resultaterne. Det er klart, at dette skal tages i betragtning ved udførelse af DMA-eksperimenter, og der er i de senere år taget skridt til at forsøge at standardisere nogle af testprocedurerne for at løse denne type problemer.
ud over de mere standardanvendelser af DMA til måling af polymere prøver er de blevet anvendt til direkte at måle de fysiske ændringer af materialer i nogle usædvanlige miljøer. For eksempel tillader fleksibiliteten af nogle DMA-maskiner, at den mekaniske måledel af enheden nedsænkes i væsker, hvilket giver mulighed for nogle interessante applikationer, disse inkluderer:
- måling af prøver af menneskehår nedsænket i shampoo for at overvåge opbevaringsmodulet. Dette er især vigtigt, når der anvendes nye kemikalier, som potentielt kan have en negativ indvirkning på egenskaberne
- måling af fødevarer, såsom direkte måling af smeltning af chokolade eller stegning af kartoffelchips ved forskellige temperaturer og i forskellige miljøer (såsom madolie). Optimering af fødevarer til at imødekomme kundernes forventninger er en løbende udfordring, og DMA ‘ s unikke evne til at levere nyttige Mekaniske data i udfordrende miljøer er særlig nyttig.
Coventive Composites har betydelig erfaring med brugen af DMA-teknikken, som vi anvender i både udvikling af vores egne materialer samt levering af en service til eksterne kunder. Alle driftsformer er tilgængelige, samt nogle af de mere usædvanlige opsætninger af udstyret. Du er velkommen til at kontakte os for at diskutere dine testkrav eller besøge vores hjemmeside for yderligere detaljer.
del denne artikel
kvidre Facebook LinkedIn Email
fandt denne artikel nyttig? Vi har et komplet udvalg af tjenester til at hjælpe dig…
Materialekarakterisering& test
vi har en omfattende pakke med testfaciliteter til karakterisering af polymerer og kompositter kombineret med den nødvendige ekspertise til at fortolke og rådgive om testresultater.
test af kompositter…
se vores fulde udvalg af tjenester
om forfatteren
Gary Foster
Gary er Senior projektleder hos Coventive Composites.
alle indlæg