Temperatur- und zeitabhängige Steifigkeitsdaten

Thema

Mit der dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) werden im Wesentlichen polymere Werkstoffe in ihrer temperatur- und zeitabhängigen Steifigkeit charakterisiert. Diese »viskoelastischen« Eigenschaften schwanken in Abhängigkeit ihrer chemischen Basis und unterschiedlichster Additive sehr stark. Mit der DMA werden das Speichermodul (E-Modul von Polymeren) und der Glasübergangsbereich zuverlässig ermittelt.

 

Dynamisch-mechanischer Analysator »DMA Q800« von TA Instruments.
© Fraunhofer IKTS
Dynamisch-mechanischer Analysator »DMA Q800« von TA Instruments.
Steifigkeitsmessung von Barrierefolien im Zugmodus unter Feuchteeinfluss.
© Fraunhofer IKTS
Steifigkeitsmessung von Barrierefolien im Zugmodus unter Feuchteeinfluss.
3-Punkt Biegemessung von Dickschichtpasten auf Aluminumoxidsubstrat zur Steifigkeitsbestimmung dünner Schichten.
© Fraunhofer IKTS
3-Punkt Biegemessung von Dickschichtpasten auf Aluminumoxidsubstrat zur Steifigkeitsbestimmung dünner Schichten.

Auswahlunterstützung für Polymerwerkstoffe

Identifikation von Werkstoffen für den spezifischen Betriebstemperaturbereich und mit hoher Resistenz gegenüber Alterungseffekten

  • Charakterisierung der Alterungseffekte durch Temperaturwechsel, Feuchte-/Wärme-, Salznebel- oder Medienauslagerung
  • Messung des Speichermoduls und des Glasübergangbereichs (Tg) in Abhängigkeit von Temperatur und Frequenz
  • Lastabhängig (Zug/Biegung)
     
Bei idealen Werkstoffen befindet sich der Glasübergang außerhalb des Betriebstemperaturbereichs.
© Fraunhofer IKTS
Bei idealen Werkstoffen befindet sich der Glasübergang außerhalb des Betriebstemperaturbereichs.
Beispiel einer Nachvernetzung des Polymers, erkennbar mittels DMA-Vermessung.
© Fraunhofer IKTS
Beispiel einer Nachvernetzung des Polymers, erkennbar mittels DMA-Vermessung.
Frequenzverhalten der Steifigkeitsvermessung zeigt die Zeitabhängigkeit.
© Fraunhofer IKTS
Frequenzverhalten der Steifigkeitsvermessung zeigt die Zeitabhängigkeit.

Charakterisierungsablauf zur Modellbildung für linear viskoelastisches Verhalten

  • Mehrfachmessung von mind. drei Proben zur Minimierung von Nachvernetzungsprozessen
  • Auswahl der besten Probe für Charakterisierung
  • Durchführung einer zeit- und temperaturabhängigen Speichermodulmessung (Prony-Messung)
  • Extraktion der notwendigen Parameter für viskoelastisches Materialmodell (allgemeingültig)
  • Datenaufbereitung für FEM-Struktursimulation als ready-to-use micro (z. B. Ansys)
     
Prony-Messung.
© Fraunhofer IKTS
1. Prony-Messung.
Extraktion der Parameter.
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2. Extraktion der Parameter.
Plausibilitätscheck.
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3. Plausibilitätscheck.

Anlagenspezifikation für dynamisch-mechanische Analyse (DMA)

Dynamisch-mechanische Analyse (DMA)
Gerät: Q800 von TA Instruments Wegauflösung: 1 nm Aufheizrate: 0,1 bis 10 K/min
Maximalkraft: 18 N Frequenzbereich: 0,01 bis 200 Hz Abkühlrate: 0,1 bis 10 K/min
Minimalkraft: 0,0001 N Deformations-
bereich:
±0,5 µm bis 10 mm Temperatur-
stabilität:
0,1 K
Kraftauflösung: 0,00001 N Temperatur-
bereich:
-150 bis 600 °C    

 

DMA mit Feuchte-Regelungsmodul
Temperatur-
bereich:
5 bis 120 °C Abkühlrate: 0,1 bis 1 K/min Feuchte
genauigkeit:
5 bis 90 % r. H. ± 5 % r. H.
Temperatur-
genauigkeit:
± 0,5 K Feuchteregelung: 5 bis 95 % r. H. Feuchteregelung: 2 % r. H./min
Aufheizrate: 0,1 bis 1 K/min        

 

Belastungsmöglichkeiten
Zug (Film und Faser)     |     Zug im flüssigen Medium     |     3- oder 4-Punktbiegung     |     Cantilever     |     Kompression