Dynamisch-mechanische Analyse

Die dynamisch-mechanische Analyse (DMA) ist eine Messmethode zur Bestimmung der rheologischen Eigenschaften von Kunststoffen.^[1]

Die dynamisch-mechanische Analyse unterwirft die zu untersuchende Probe in Abhängigkeit von Zeit und/oder Frequenz und/oder Temperatur einer sich zeitlich ändernden, mechanischen Beanspruchung – meist in der Form einer Sinuskurve. Dadurch verformt sich die Probe mit gleicher Periode. Gemessen werden die Kraftamplitude, die Verformungsamplitude sowie die Phasenverschiebung Δ ${\displaystyle \phi }$ 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.

Es werden drei grundsätzlich verschiedene Verhaltensweisen der Probe unterschieden:

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

Die DMA erlaubt u. a. die Bestimmung von:

• viskoelastischen Materialeigenschaften, beispielsweise Moduln und den Verlustfaktor tan (${\displaystyle \delta }$)
• 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
• Bestimmung des Kriech- und Relaxationsprozesses bei entweder konstanter Kraft oder konstanter Verformung

Die DMA kann in verschiedenen Messanordnungen eingesetzt werden. Üblich sind die Zug- und Kompressionsanordnung sowie 3-Punkt-Biegung und rotierende Scherung.

• Scherrheometer
• Mechanische Spektroskopie

• Dynamisch-mechanische Analyse (DMA) – Grundlagen (Polymer Service Merseburg) [1]
• Aufbau und Funktionsweise einer DMA der Fa. Netzsch [2]
• Anwendungsgebiete DMA beim Fraunhofer-Institut LBF [3]
• Versuchsdurchführung einer DMA Messung an PET [4]

1. ↑ Georg Menges, Edmund Haberstroh, Walter Michaeli, Ernst Schmachtenberg: Menges Werkstoffkunde Kunststoffe. 6. Auflage. Carl Hanser Verlag, München 2011, ISBN 978-3-446-42762-4, S. 305.