23.03.2023 by Martin Rosenschon
Por que você precisa de DMAs de alta e baixa força
A análise mecânica dinâmica (DMA) é um método que fornece informações sobre o comportamento elástico e viscoso de um material em função da temperatura e da frequência de carga. Uma amostra de teste é submetida a uma carga definida e oscilante e a deformação resultante é medida.
Os Analisadores Mecânicos Din âmicos (DMAs) podem ser classificados em dispositivos de baixa força, que normalmente geram forças dinâmicas na faixa de um a dois dígitos de newtons, e sistemas de alta força capazes de aplicar até vários quilonewtons de carga dinâmica. Além da força dinâmica, os DMAs geralmente podem produzir uma carga estática na amostra.
A força máxima de um sistema determina o modo de teste - por exemplo, EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão, flexão ou cisalhamento - e as deformações nas quais um material específico pode ser caracterizado. O Elasticidade e módulo de elasticidadeA elasticidade da borracha ou elasticidade de entropia descreve a resistência de qualquer sistema de borracha ou elastômero contra uma deformação ou tensão aplicada externamente. módulo de armazenamento E' é a propriedade limitante do material nesse sentido. Ele define as tensões no material que são realizadas durante uma medição em uma determinada deformação. A força resultante é determinada pela geometria do corpo de prova.
A Figura 1 mostra uma comparação entre os modos de teste de flexão de 3 pontos, EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão e compressão com as geometrias selected e diferentes valores de Elasticidade e módulo de elasticidadeA elasticidade da borracha ou elasticidade de entropia descreve a resistência de qualquer sistema de borracha ou elastômero contra uma deformação ou tensão aplicada externamente. módulo de armazenamento com relação aos respectivos requisitos de carga. Foi considerada uma deformação dinâmica de 0,1% (com exceção da flexão de 3 pontos com um comprimento de flexão de 50 mm). A deformação máxima alcançada baseia-se em um fator de força de 1,1, que descreve a relação entre carga estática e dinâmica. Todos os modos de teste mostrados exigem uma força estática além da força dinâmica. Isso ajuda a manter a ferramenta superior em contato com a amostra (flexão e compressão) e evita que a amostra se curve (EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão).
Deve-se observar que a figura mostra apenas uma seção das possibilidades. Ao reduzir a geometria da amostra ou diminuir a amplitude da deformação, o espectro do módulo mensurável geralmente pode ser expandido. No entanto, amostras de teste representativas e fabricáveis devem ser sempre levadas em consideração.
Quase todos os materiais podem ser caracterizados!
Usando parâmetros de teste adequados, como a geometria da amostra e o suporte da amostra, quase todos os materiais podem ser caracterizados em sistemas de baixa força. Até mesmo materiais como alumínio, aço ou cerâmica, que têm valores de Elasticidade e módulo de elasticidadeA elasticidade da borracha ou elasticidade de entropia descreve a resistência de qualquer sistema de borracha ou elastômero contra uma deformação ou tensão aplicada externamente. módulo de armazenamento de cerca de 70 GPa, 210 GPa e mais, podem ser testados com forças dinâmicas de até 10 N em flexão de 3 pontos (veja a Figura 1: l: 50 mm, b: 6 mm, h: 1 mm, deformação dinâmica: 0,05%). Os sistemas de alta carga (500 N ou mais) são necessários para analisar esses materiais em compressão ou EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão, obviamente com a garantia de uma fixação correta do corpo de prova.
A escolha de um sistema e de uma configuração de medição também está ligada à faixa de temperatura a ser investigada e ao desenvolvimento relacionado das propriedades viscoelásticas. Assim, a caracterização de materiais em uma configuração de medição definida geralmente é possível em uma determinada temperatura. Entretanto, se a faixa de temperatura mudar e as propriedades mecânicas saírem da faixa detectada da selectconfiguração, a análise não poderá mais ser realizada.
A Figura 2 mostra uma medição de DMA em um material WPC (Wood Polymer Compound) em flexão de 3 pontos com um comprimento de flexão livre de 50 mm. Os materiais WPC consistem em parte de plástico (nesse caso, PVC) e parte de madeira de fonte renovável. Uma aplicação típica do WPC são as placas de decks.
Em uma temperatura de 15°C, o material tem um Elasticidade e módulo de elasticidadeA elasticidade da borracha ou elasticidade de entropia descreve a resistência de qualquer sistema de borracha ou elastômero contra uma deformação ou tensão aplicada externamente. módulo de armazenamento E' de 8,1 GPa, que é relativamente rígido. À medida que a temperatura aumenta, o valor diminui quase linearmente para aproximadamente 6,2 GPa a 65°C. Na Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea em torno de 78°C, as cadeias de polímero das regiões amorfas do polímero podem se mover umas contra as outras, e o material perde rapidamente a rigidez. Após a Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea, o Elasticidade e módulo de elasticidadeA elasticidade da borracha ou elasticidade de entropia descreve a resistência de qualquer sistema de borracha ou elastômero contra uma deformação ou tensão aplicada externamente. módulo de armazenamento E' é de apenas 302 MPa a 120°C.
Suponha que, devido a uma especificação de teste ou a uma situação de EstresseA tensão é definida como um nível de força aplicado a uma amostra com uma seção transversal bem definida. (Tensão = força/área). As amostras com seção transversal circular ou retangular podem ser comprimidas ou esticadas. Materiais elásticos, como a borracha, podem ser esticados até 5 a 10 vezes seu comprimento original.estresse realista, o material deva ser medido no modo de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão com uma amplitude de deformação de 0,1% (deformação total máxima: 0,21%). Para um módulo de armazenamento de aproximadamente 8,1 GPa a 15 °C, seria necessária uma seção transversal de no máximo 1,23 mm² para caracterizar o material na faixa de carga de até 10 N. Além da preparação quase impossível dessa amostra, a homogeneidade do material não pode ser garantida, o que é particularmente importante para resultados de medição representativos em materiais preenchidos.
De acordo com a Figura 1, o material pode ser medido usando uma amostra com uma área de seção transversal de 3 mm² em um dispositivo com força dinâmica de 25 N sem nenhum problema. Amostras com uma seção transversal ainda largemaior, como 10 mm², exigiriam um dispositivo com aproximadamente 80 N.
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Muitas vezes, é necessária uma caracterização padronizada de um material, o que garante condições de teste consistentes e, portanto, a comparabilidade dos resultados entre diferentes instituições. Por exemplo, os materiais de elastômero e borracha são normalmente testados no modo de compressão com um corpo de prova de 10 mm de altura e 10 mm de diâmetro, de acordo com a norma DIN 53513[1]. Abaixo da temperatura de Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea, esses grupos de materiais têm um módulo de armazenamento de até 4 GPa no estado não preenchido, muitas vezes acima de 8 GPa quando preenchidos. Portanto, o teste de materiais requer sistemas de alta força (consulte também a Figura 1).
Selecto íon de um dispositivo DMA e sua faixa de força também dependem do efeito a ser caracterizado. Para fenômenos típicos da borracha, como o efeito Payne ou Mullins, são necessários determinados níveis de deformação que só podem ser alcançados em dispositivos com força máxima suficiente.
Se você deseja medir elastômeros macios, termoplásticos e termofixos com ou sem enchimento, até metais e cerâmicas em flexão, tensão, cisalhamento ou compressão, a NETZSCH Analyzing & Testing oferece instrumentos de DMA especificamente adaptados às suas necessidades. Nossos produtos são projetados para as cargas que correspondem à sua aplicação específica.
[1] DIN 53513:1990-03: Prüfung von Kautschuk und Elastomeren; Bestimmung der visko-elastischen Eigenschaften von Elastomeren bei erzwungenen Schwingungen außerhalb der Resonanz. Berlin: Beuth-Verlag 1990
