Dynamisch-Mechanische Analyse (DMA)

Bei der dynamisch-mechanischen Analyse oder Spektroskopie wird der Prüfkörper einer periodisch wechselnden, zumeist sinusförmigen Beanspruchung, ausgesetzt. Der Vorteil dieser Methode ist bei Verwendung einer Temperierkammer (dynamisch-mechanisch thermische Analyse – DMTA), dass die dynamisch-mechanischen Kennwerte als Funktion der Temperatur vorliegen. Durch die Variation der Frequenz ist zusätzlich die Charakterisierung der Zeitabhängigkeit des Werkstoffverhaltens möglich. Die dynamisch-mechanische Analyse kann dabei mit freien gedämpften Schwingungen (Pendelschwingungen) oder im erzwungenen Schwingungs- sowie Resonanzmodus durchgeführt werden. Üblicherweise werden dabei die Beanspruchungsarten Torsion, Biegung und Zug genutzt. Gemeinsam ist allen Verfahren, dass die Deformation des Prüfkörpers sehr klein ist und den linear-viskoelastischen Bereich nicht überschreiten sollte. Infolge dieser kleinen Verformungen sind mit der DMA oder DMTA im Temperaturintervall von ca. –180 °C bis 400 °C hohe Prüffrequenzen bei mechanischer Anregung bis 200 Hz realisierbar. Für die Kunststoffprüfung mittels DMA oder DMTA unter Zugbeanspruchung werden zur Erzeugung sinusförmiger Dehnungen oder Spannungen vorwiegend hydraulische, pneumatische oder elektrodynamische Kleinprüfmaschinen sowie DMTA-Systeme mit Zusatzeinrichtungen wie Dehnungssensoren und Temperierkammern verwendet. Von dem Prüfsystem wird dann eine konstante sinusförmige Dehnungs- oder Spannungsamplitude mit einer definierten und konstanten Frequenz auf den Prüfkörper aufgebracht, wobei in der Kunststoffprüfung aufgrund der Prüfkörpergeometrie bevorzugt im Zugschwellbereich gearbeitet wird. Die Amplitude der Spannung oder Dehnung sowie die Mittelspannung oder -dehnung als auch die Temperatur werden per PID-Regelung auf konstantem Niveau gehalten, um Kriech- oder Relaxationseffekte während des Versuchs zu kompensieren. Bei linear-viskoelastischem Werkstoffverhalten und einem Normalspannungszustand weisen die zeitlichen Änderungen von Spannung und Deformation im eingeschwungenen Zustand die gleiche Frequenz aber unterschiedliche Phasenlagen auf, wobei δ der Phasenwinkel ist, der Werte zwischen 0 und π/2 annehmen kann.