Typisches DMA Thermogramm eines amorphen Thermoplasten (Polycarbonat) gemessen im Dual-Cantilever Deformationsmodus mit einer Messfrequenz von 1 Hz und einer Heizrate von 2 K/min. Die Glasübergangstemperatur, bestimmt gemäß ISO 6721-11, beträgt 151, 3 °C. Die dynamisch-mechanische Analyse (DMA) ist eine thermische Methode, um physikalische Eigenschaften von Kunststoffen zu bestimmen. Mechanische Analyse. Prinzip [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Die dynamisch-mechanische Analyse unterwirft die zu untersuchende Probe in Abhängigkeit von der Temperatur einer sich zeitlich ändernden sinusförmigen mechanischen Beanspruchung. Dadurch verformt sich die Probe mit gleicher Periode. Gemessen werden die Kraft amplitude, die Verformung samplitude sowie die Phasenverschiebung Δ zwischen dem Kraft- und dem Verformungssignal. Als Ergebnis liefert die dynamisch-mechanische Analyse den komplexen Modul der Probe. Voraussetzung dafür ist, dass die Probe in keinem Fall außerhalb des linearelastischen Bereiches ( Hookescher Bereich) belastet wird.
Aussagen [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Es werden drei grundsätzlich verschiedene Verhaltensweisen der Probe unterschieden: Rein elastische Proben reagieren verzögerungsfrei auf die angelegte Kraft, der Phasenwinkel = 0. Sie schwingen verlustfrei. Rein viskose Proben erreichen ihr Deformationsmaximum im Nulldurchgang der Kraft. Für sie beträgt deshalb der Phasenwinkel (90°). Kunststoff-Zentrum Leipzig :: Schadensanalyse :: Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC). Sie wandeln die Anregungsenergie vollständig in Wärme um. Viskoelastische Materialien zeichnen sich dadurch aus, dass die Verformung der Probe mit einer gewissen Verzögerung der einwirkenden Kraft folgt. Für den Phasenwinkel Δ gilt deshalb. Je größer der Phasenwinkel, desto ausgeprägter ist die Dämpfung der Schwingung.
Bei linear-viskoelastischem Verhalten weisen die zeitlichen Änderungen von Spannung und Deformation im eingeschwungenen Zustand die gleiche Frequenz aber unterschiedliche Phasenlagen auf. Bild 1: Zeitliche Änderung von Spannung und Dehnung bei dynamisch-mechanischer Analyse unter Verwendung erzwungener Schwingungen Für den Fall einer Normalspannungsbeanspruchung gelten die Gln. (2) und (3) und bei der Schub- oder Scherbelastung sind die Gln. (4) und (5) anzuwenden. Infolge der Phasenverschiebung δ zwischen Beanspruchung (Spannung) und der Verformung (Dehnung oder Scherung) ist zur Beschreibung des Spannungs-Dehnungs- (Scherungs-) Zusammenhanges der Modul als komplexe Größe E* oder G* nach den Gln. (6) und (7) einzuführen. Prüf- und Analysemethoden für die Kunststoffprüfung am KAP. Der komplexe Modul kann als Vektor in der komplexen Zahlenebene betrachtet werden ( Bild 2), dessen Richtung durch den Phasenwinkel δ und dessen Betrag durch das Verhältnis der Amplitudenwerte von Spannung und Dehnung gegeben ist. Bild 2: Darstellung der Moduli E* und G* in der komplexen Zahlenebene Der Absolutbetrag des jeweiligen Moduls ergibt sich aus dem Verhältnis der Initialbeanspruchung zur Ausgangsverformung nach den Gln.
Die Eigenfrequenz der Schwingung sowie die zeitliche Abnahme der Schwingungsamplituden sind dabei von den viskoelastischen Eigenschaften des Werkstoffs und der Prüftemperatur abhängig ( Bild 3). Die freien gedämpften Schwingungen werden bei Frequenzen im Bereich von 0, 1 bis 10 Hz genutzt, wobei hier die Untersuchung von Werkstoffen mit geringer Dämpfung von tan δ ≤ 0, 1 bevorzugt wird. Bild 3: Frei abklingende gedämpfte Schwingung Da bei Untersuchungen in Abhängigkeit von der Temperatur durch die Moduländerung eine Veränderung der Eigenfrequenz des Systems stattfindet, werden Modul-Temperatur-Kurven deshalb in der Regel bei gleitender Frequenz gemessen. Dynamisch mechanische analyse probekörper et. Allerdings ist eine Kompensation der Frequenzänderungen über Variation des Trägheitsmoments der Schwungmasse prinzipiell möglich. Die wesentlichen Vorteile des Torsionspendels bestehen in der Einfachheit von Aufbau und Messwerterfassung sowie in der hohen Empfindlichkeit. Resonanzverfahren Werden erzwungene Schwingungen mit einer Frequenz erzeugt, deren Wellenlänge die Größe der Prüfkörperabmessungen erreicht, so kommt es zu Resonanzerscheinungen.
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