L’analyse mécanique dynamique ou DMA en abrégé, est une technique analytique extrêmement polyvalente et flexible pour mesurer les propriétés physiques (y compris: module de stockage, température de transition vitreuse, etc..) d’une gamme de matériaux. Bien que les premières tentatives pour effectuer ce type de test aient commencé au début du 20e siècle, les machines commerciales n’étaient disponibles que dans les années 1950 et ce qu’elles pouvaient faire était extrêmement limité. Ce n’est que dans les années 1980, lorsque la puissance de traitement des ordinateurs a été combinée à la mécanique du DMA, que la technique a acquis un attrait plus large parmi les scientifiques. Pendant ce temps, de nombreux fournisseurs d’instruments commerciaux ont commencé à vendre des machines DMA et ont donné à la technique divers noms différents, dont certains sont encore utilisés aujourd’hui, tels que l’analyse thermique mécanique dynamique (DMTA), la spectroscopie mécanique dynamique ou l’analyse thermomécanique dynamique.
Au fur et à mesure que la technique se développait, de plus en plus de fonctionnalités ont été ajoutées telles que la possibilité de tester des échantillons sous différentes formes (solides, liquides, pâtes, etc..), en différents modes (tension, cisaillement, flexion, torsion, etc.) et dans différents environnements (air, liquide, gamme d’humidités, etc.).
Des machines plus puissantes ont permis de tester des échantillons plus grands et plus représentatifs. Ceci est particulièrement important pour les composites, où différentes couches peuvent influencer les résultats. Au fur et à mesure que la puissance des ordinateurs augmentait, la technique DMA devenait plus conviviale, ce qui a conduit les instruments à être utilisés dans des environnements de contrôle de la qualité, ainsi que dans le développement de nouveaux matériaux.
La DMA est maintenant solidement établie dans la famille des techniques d’analyse thermique, y compris la Calorimétrie à balayage Différentiel (DSC), l’Analyse thermogravimétrique (TGA) et l’Analyse Thermomécanique (TMA).
Bien que le DMA puisse être utilisé pour étudier de nombreuses propriétés physiques d’un matériau, sa résistance clé est l’évaluation de la température de transition vitreuse (Tg) d’un polymère. La sensibilité du DMA pour la Tg en fait l’outil préféré des scientifiques du monde entier. Non seulement le DMA peut mesurer avec précision la Tg, mais il peut également identifier avec succès les transitions secondaires, qui ont un impact significatif sur les performances d’un matériau polymère.
En utilisation standard, le fonctionnement de base du DMA implique l’application d’une contrainte variant sinusoïdalement à un échantillon et le suivi de la déformation résultante. Dans les expériences DMA typiques, la contrainte est appliquée à une fréquence constante (généralement 1 Hz), la contrainte est maintenue constante et la température est augmentée à une vitesse de chauffage constante (typiquement entre 1 & 5 ° C / min). Comme mentionné précédemment, différents modes sont disponibles pour conserver un échantillon, ce qui permet de mesurer une gamme complète de types de matériaux. La sortie d’une unité DMA se présente sous la forme de propriétés mécaniques clés (module de stockage E’, module de perte E » et mesure de » l’amortissement » ou tangente de perte) en fonction de la température ou du temps. Sur certaines machines DMA, le coefficient de dilatation thermique (CTE) peut être mesuré, au fur et à mesure de la dilatation ou de la contraction d’un échantillon.
Bien que le DMA soit une technique très polyvalente, il présente ses inconvénients. Par exemple, DMA peut mesurer le module de stockage (E ‘) d’un matériau polymère, mais atteindre une valeur précise est très difficile, surtout si l’opérateur effectue un balayage thermique du matériau. Afin de tenir compte des changements importants qui se produisent dans les propriétés mécaniques (lorsqu’un matériau polymère est chauffé), la taille de l’échantillon utilisée pour un tel test est un compromis afin de le maintenir dans la plage de mesure de l’équipement. Pour obtenir des données précises sur le module de stockage (E’) d’un matériau polymère, il est préférable d’effectuer l’essai de manière isothermique et de veiller à ce que la taille de l’échantillon et la géométrie de serrage les plus appropriées soient utilisées.
Bien qu’il puisse parfois être difficile d’obtenir des données mécaniques précises à l’aide d’un DMA, l’objectif principal de la technique a toujours été de comparer une série de tests utilisant la même taille d’échantillon et les mêmes conditions d’essai. Les aspects de la formulation ou des conditions de traitement d’un matériau peuvent alors être variés et l’impact sur les performances physiques d’un matériau étudié. Ceci est parfaitement acceptable OK si vous utilisez le même instrument est utilisé par le même fabricant, mais la comparaison entre différentes machines ne montre pas un alignement particulièrement bon des résultats. Cela n’est pas surprenant car les chambres, qui contiennent les échantillons de différents fabricants, sont de conception et de tailles très différentes. Cela conduit à des profils thermiques variables dans les chambres et cela peut conduire à des variations subtiles, mais importantes dans les résultats. De toute évidence, cela doit être pris en compte lors de la réalisation d’expériences de DMA et des mesures ont été prises ces dernières années pour tenter de standardiser certaines procédures d’essai afin de résoudre ce type de problème.
En plus des utilisations plus standard du DMA pour mesurer des échantillons polymères, ils ont été utilisés pour mesurer directement les changements physiques des matériaux dans certains environnements inhabituels. Par exemple, la flexibilité de certaines machines DMA permet d’immerger la partie de mesure mécanique de l’unité dans des liquides, ce qui permet des applications intéressantes, notamment:
- la mesure d’échantillons de cheveux humains immergés dans un shampooing afin de surveiller le module de stockage. Ceci est particulièrement important lorsque de nouveaux produits chimiques sont utilisés, ce qui pourrait potentiellement avoir un effet néfaste sur les propriétés
- De la mesure des produits alimentaires, telles que la mesure directe de la fusion du chocolat ou de la friture de croustilles à différentes températures et dans différents environnements (comme l’huile de cuisson). L’optimisation des produits alimentaires pour répondre aux attentes des clients est un défi permanent et la capacité unique du DMA à fournir des données mécaniques utiles dans des environnements difficiles est particulièrement utile.
Coventive Composites a une expérience significative dans l’utilisation de la technique DMA, que nous utilisons à la fois dans le développement de nos propres matériaux, ainsi que dans la fourniture d’un service à des clients externes. Tous les modes de fonctionnement sont disponibles, ainsi que certaines des configurations les plus inhabituelles de l’équipement. N’hésitez pas à nous contacter pour discuter de vos exigences de test ou visitez notre site Web pour plus de détails.
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À propos de l’auteur
Gary Foster
Gary est chef de projet senior chez Coventive Composites.
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