24.01.2023 by Rüdiger Sehling
NETZSCH DMA電卓の新たな可能性
曲げモードでの弾性率に及ぼす入射試料形状の影響について-NETZSCH DMA計算機による新たな可能性
動的力学解析（略称：DMA）は、温度、時間、荷重周波数の関数として、材料の弾性および粘性挙動に関する情報を提供する方法です。
曲げセットアップは、DMAシステムで最も一般的な測定タイプです。このセットアップでは、熱可塑性プラスチックだけでなく、非常に硬いサンプル（金属、繊維強化および高充填の熱硬化性樹脂など）も測定できます。例えば、3点曲げモードでは、試験片をクランプせずに自由な姿勢で左右の支持部に置きます。プッシュロッドは上部から振動荷重を加えます。このセットアップにより、弾性率の値を非常に正確に測定することができます。
一般的に、試験片の形状を正確に定義することが重要です。これは、small の公差でさえ、特に薄い試料の場合、弾性率の値に大きな違いを生じさせるからです。曲げモード（3点曲げ、デュアルまたはシングルカンチレバー）では、入力された試料の厚さは弾性率の計算に3乗に含まれます。つまり、信頼性の高い弾性率を測定するためには、平行面が非常に重要です。もしそうでない場合、弾性率の違いはわずかな試料形状の違いから生じます。特に薄い試料片の場合、厚みの違いが測定されることが非常に多くなります。図2では、PTFEストリップの例で、厚さが1.06 mmから1.3 mmまで異なることを示しています。
図3では、PFTEストリップのDMA測定結果を-70℃～100℃の温度範囲で示している。異なる試料形状の影響を示すため、1回目の試験（黒色の曲線）では試料の厚さを1.3mm、2回目の試験では厚さを1.06mmとしています。2つの測定値を比較すると、測定された弾性率の値は温度範囲にわたって互いに大きくずれていることがわかります（例えば-20℃で評価した場合、約84％）。
DMA計算機は結果を素早く表示
このような試験片の厚さの影響は、DMA計算機（NETZSCH Proteus®ソフトウェアに含まれる）を用いて、弾性率、変形および力の値を計算することもできます。弾性率の値を計算するためには、一般に、動的力と動的振幅の値を知る必要があります。この2つの値から材料の剛性が計算され、これに幾何学的な係数を掛けて弾性率が計算されます。ダイナミックフォースとダイナミックアンプリチュードの値は、ソフトウェアで簡単に評価することができます。 Proteus®ソフトウェアで簡単に評価できます。図4には、測定したPTFE試験片の動荷重IFsIと動振幅IAsIの信号が追加で示されています。2つの測定（黒色と茶色）で動荷重と動振幅の値がほぼ同じであることがわかります。これは、NETZSCH DMAの再現性の高さも示しています。これは、測定された弾性率の値が入力された形状にのみ依存することを意味します。ダイナミックフォースIFsIとダイナミックアンプリチュードIAsIのこれらの評価値は、DMA計算機で、入力されたサンプル形状でわずかに異なる値の影響をチェックするために使用することができます。
DMA計算機 - このツールを使って、入力した試料の厚さが計算弾性率に与える影響を確認する方法を、PTFEの例で説明します：
規定サンプル厚：1.3 mm
同じ試料で、試料の厚さだけを1.3 mmから 1.06 mmに変えて 、その影響を見た：
DMA計算機 - 多くの利点
DMA計算機を使用すると、試料の厚みの違いによって弾性率の値に大きな違いが生じることがすぐに分かります（ここでは1493 MPaから2754 MPaへ→-20℃で約84％の偏差）。この例は、試料材料は同一であるにもかかわらず、測定された弾性率E'の差が、わずかに異なる決定された試料厚さによって生じる可能性があることを再度示しています。この影響を推定して示すには、DMA計算機を使用するだけです。したがって、この影響を示すために複数のDMA測定を行う必要はありません。例に示したように、弾性率の値の許容範囲は、個々の測定ごとに簡単に推定することができます。
さらなる利点は、DMA計算機がどのようなDMA測定タイプにも使用できることです：3点曲げ、シングル/デュアルカンチレバー、引張、圧縮、貫入、せん断。さらに、このDMA計算機では、適切な測定セットアップや適切なサンプル形状を見つけるために、与えられた材料に対する力と振幅を事前に計算することも可能です。
DMA計算機は、関連するすべてのDMA測定値を迅速に計算するための柔軟でユニークなツールであり、結果のより良い解釈と、それぞれの材料に最適な測定セットアップを見つけるために役立ちます。
