動的機械分析(DMA)

(英語:Dynamic Mechanical Analysis (DMA))

「動的機械分析(DMA)」とは、固体およびポリマーメルトの物理特性を測定し、モジュラスとダンピングを報告し、荷重、応力、ひずみ、振動数および温度に関する測定をプログラムすることが可能な試験法とそれに関連する分析機器のことである。DMAは、固体のレオロジーとしても言われ、また温度応答の情報と組み合わせると「動的機械温度分析(DMTA)」とも言われる。

理論

DMA装置は、振動荷重(応力)をかけて、振動するサンプルの応答を記録する。モジュラスは、例えば振動応力をかけた際の「同相」のサンプル応答のような弾性応答から求められる。ダンピングは、例えば振動応力をかけた際の「位相はずれ」のサンプル応答のような粘性応答から求められる。

装置

サンプルは、2個のグリップあるいは取り付けエレメントのあいだにセットして保持される。次に、サンプルに振動(動的)荷重をかける。この振動荷重は、循環運動(通常前後)および直線運動(通常上下)を行う電動モータを用いてかけられ、この振動荷重は振動数(振動速度)と力(サンプルへのエネルギー入力)を有している。

結果として生じるひずみ(変位)は、通常LVDT測定を用いて測定されるが、荷重変換器でも測定可能である。通常は、「貯蔵モジュラス」-温度線図、および「タンデルタ」(ダンピング)-温度線図が描かれる。

通常は、Tg(「ガラス遷移点」、通常はアモルファス相の溶融)とベータ遷移点(モジュラスの低温減退値)が求められる。

方法

  1. 温度スキャン:サンプルを加熱しながら、モジュラスとダンピングを記録する。
  2. 振動数スキャン:サンプルを振動しながら速度を増加させて、モジュラスとダンピングを記録する。
  3. 応力スキャン:サンプルの応力を増加させながら、モジュラスとダンピングを記録する。
  4. ひずみスキャン:サンプルのひずみを増加させながら、モジュラスとダンピングを記録する。
  5. 遷移試験(無振動下):「クリープ緩和」および「応力回復」
  6. 多重スキャン:上記の方法の組合せ

サンプル:固体のASTM試験用の棒/フィルム/繊維、溶融ポリマー、流体