Dynamisch-mechanische Analyse

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Die dynamisch-mechanische Analyse (DMA) ist eine thermische Methode, um physikalische Eigenschaften von Kunststoffen zu bestimmen.

Prinzip

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 Kraftamplitude, die Verformungsamplitude sowie die Phasenverschiebung Δ $ \phi $ 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

Es werden drei grundsätzlich verschiedene Verhaltensweisen der Probe unterschieden:

  • Rein elastische Proben reagieren verzögerungsfrei auf die angelegte Kraft, der Phasenwinkel $ \phi $ = 0. Sie schwingen verlustfrei.
  • Rein viskose Proben erreichen ihr Deformationsmaximum im Nulldurchgang der Kraft. Für sie beträgt deshalb der Phasenwinkel $ \phi = \pi/2 $ (90°). 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 $ \phi $ gilt deshalb $ 0 < \phi < \pi/2 $. Je größer der Phasenwinkel, desto ausgeprägter ist die Dämpfung der Schwingung.

Anwendung

Die DMA erlaubt u.a. die Bestimmung von:

  • viskoelastischen Materialeigenschaften (beispielsweise Moduln und den Verlustfaktor tan ($ \delta $)
  • Temperaturen, welche das viskoelastische Verhalten charakterisieren,
  • Dämpfung
  • speziell der Glasübergangstemperatur, für die die DMA die empfindlichste Methode darstellt
  • dem Aushärteverhalten von Harzen
  • dem frequenzabhängigen mechanischen Verhalten von Materialien

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