Dynaaminen mekaaninen analyysi (DMA)

Mitä on DMA?

Dynaamismekaaninen analyysi (DMA) tunnetaan myös englanninkielisenä lyhenteenä DMTA, joka tulee sanoista dynamic mechanical thermal analysis. DMA on terminen analyysimenetelmä materiaalien dynaamisten ominaisuuksien tutkimiseen. DMA:n avulla voidaan karakterisoida materiaalin ominaisuuksia esimerkiksi ajan, lämpötilan, kuormitustaajuuden (frequency), kuormitusvoiman ja atmosfäärin funktiona.

Dynaamismekaanisessa analyysissa näytemateriaali altistetaan oskilloivalle eli värähtelevälle kuormitukselle säädetyssä lämpötilassa. Kuormituksen aikana mitataan näytteen jäykkyyttä ja vaimennusta. Värähtelevää kuormitusta voidaan kohdistaa näytteeseen jännitys- tai leikkausvoimana useilla eri tavoilla. Monissa DMA-laitteissa on hyvin laaja lämpötila-alue, tyypillisesti -150°C - 600 °C.

DMA:ta käytetään usein polymeerien analysointiin, koska niiden mekaaniset ominaisuudet ovat erittäin herkkiä lämpötilalle ja kuormitukselle. DMA:ta voidaan käyttää myös erityisten lämpötilojen, kuten lasisiirtymän ja sulamispisteen karakterisointiin, jotka ovat olennaisia ​​prosessien hienosäädössä ja materiaalien laadunvalvonnassa. Lisäksi DMA:ta käytetään usein osana materiaalikehitystä, jonka tavoitteena on kehittää materiaali, joka kestää haluttuja lämpötiloja, atmosfäärejä ja fyysistä rasitusta.

DMA ja konetekniikka

Materiaalien mekaanisten ja dynaamisten ominaisuuksien tutkimiseen soveltuva dynaamismekaaninen analyysi on laajalti käytetty työkalu konetekniikassa ja erityisesti polymeeritekniikassa. DMA:n tapaisten mittausten ja menetelmien käyttö yleistyi, kun erilaiset muovi- ja polymeerimateriaalit alkoivat korvata aiemmin käytettyjä materiaaleja.

Mitä DMA mittaa?

Tutkittavan näytteen ominaisuuksista riippuen DMA:lla voidaan määrittää viskositeettia ja elastisuutta. DMA mittaa näytteen jäykkyyttä ja vaimennusta. Jäykkyys ilmoitetaan moduulina (modulus) ja vaimennus häviön tangenttina (loss tangent). Moduuli jaetaan edelleen varastomoduuliin (G’) ja häviömoduuliin (G’’), jotka vastaavat elastisia ja viskoottisia komponentteja.

Moduuli kuvastaa näytteen elastista käyttäytymistä, kun taas vaimennus kuvastaa energiahäviötä syklisessä kuormituksessa. Vaimennus perustuu materiaalin kykyyn absorboida energiaa. Sekä moduuli että vaimennus vaihtelevat materiaalin tilan, lämpötilan ja kuormituksen taajuuden seurauksena. Varastomoduulia ei pidä sekoittaa Youngin moduuliin eli kimmokertoimeen (Young’s modulus).

DMA on erinomainen työkalu faasimuutosten lämpötilojen, kuten materiaalin lasisiirtymälämpötilan (Tg) määrittämiseen. Lasisiirtymä on toisen asteen siirtymälämpötila, jossa materiaali muuttuu kovasta ja "lasimaisesta" tilasta viskoottisempaan tai “kumimaiseen” tilaan. Lasisiirtymälämpötila on tärkeä parametri määritettäessä muovimateriaalien valmistusolosuhteita ja soveltuvuutta eri käyttötarkoituksiin.

DMA:ta voidaan käyttää myös kovettumiskinetiikan tutkimiseen, tyypillisesti lämpökovettuvien materiaalien lasittumispisteen ja geeliytymispisteen määrittämiseen.

Soveltuvat näytteet ja esivalmistelu

DMA:ssa näytteiden esivalmistelu on erittäin tärkeää, sillä näytteen puhtaus, tasalaatuisuus ja fyysiset mitat vaikuttavat suoraan sen mekaanisiin ominaisuuksiin. DMA soveltuu kiinteiden, nestemäisten ja geelimäisten materiaalien tutkimiseen. Soveltuvan näytteen geometria riippuu näytteen fysikaalisesta tilasta kokeen alussa ja siitä, mitä ominaisuuksia näytteestä tutkitaan. Tyypillisiä näytekappaletyyppejä ovat toispuoleisesti tuettu, kaksoistuettu, kolmen pisteen taivutus, jännitys, puristus ja leikkaus. Näytteille, jotka eivät kestä omaa painoaan, voidaan käyttää erityistä kiinnitystä.

Tarvitsetko analyysipalveluita?

Measurlabs tarjoaa laadukkaita DMA-analyysejä kilpailukykyiseen hintaan. Lisäksi valikoimistamme löytyvät muut termiset analyysit, kuten TGA, TMA ja dilatometria. Asiantuntijamme ovat myös aina valmiita auttamaan, jos sinulla on kysymyksiä näytteiden soveltuvuuteen tai testisuunnitelmaan liittyen. Ota meihin yhteyttä alla olevan lomakkeen kautta tai osoitteessa info@measurlabs.com.