Analisi meccanica dinamica

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Jump to navigation Jump to search
Strumentazione per l'analisi meccanica dinamica

L'analisi meccanica dinamica (DMA, dall'inglese dynamic mechanical analysis), nota anche come spettroscopia meccanica dinamica, è una tecnica di analisi termica utilizzata per lo studio delle proprietà viscoelastiche dei materiali.[1] Viene realizzata applicando a un provino in esame una forza oscillante ad una data temperatura.

Tramite l'analisi meccanica dinamica è possibile determinare la temperatura di transizione vetrosa, la composizione dei polimeri, e parametri quali il modulo complesso di Young, i moduli di conservazione e di perdita, oltre al fattore di smorzamento (tan δ) e lo scorrimento viscoso (creep).

Teoria[modifica | modifica wikitesto]

Grafico che riporta i moduli di conservazione (E') e di perdita (E'') in funzione della temperatura

Applicando uno stress sinusoidale, se il materiale è puramente elastico esso subirà una deformazione istantanea costante nel tempo; rimuovendo la forza applicata il materiale tenderà a recuperare immediatamente e in modo completo il suo stato originario. Nel caso di sistemi viscosi, lo stress applicato provocherà una deformazione che aumenterà proporzionalmente nel tempo finché lo stress non verrà rimosso; in questo caso, una volta cessato lo stress, la deformazione subirà un arresto ma non si avrà un recupero.

Nel caso di un materiale puramente elastico, quindi, lo sforzo e la deformazione sono in fase, mentre nel caso di un materiale puramente viscoso sforzo e deformazione risulteranno fuori fase di 90º. I polimeri presentano comunemente una differenza di fase tra sforzo e deformazione, indicata con la lettera greca δ, compresa tra 0 e 90º. La trattazione matematica del comportamento viscoelastico di un materiale porta alla definizione del modulo di conservazione e del modulo di perdita.

Il modulo di conservazione, che misura l'energia immagazzinata e che è legato al comportamento elastico, viene indicato con E' e si ricava dall'equazione

mentre il modulo di perdita, che misura l'energia dissipata sotto forma di calore e che è legato al comportamento viscoso, è dato dall'equazione

dove in entrambe le equazioni:

  • è l'ampiezza dello stress;
  • è l'ampiezza della deformazione;
  • è lo sfasamento tra stress e deformazione.

Il rapporto tra il modulo di perdita e il modulo di conservazione fornisce la tangente dello sfasamento tra stress e deformazione:

Nella caratterizzazione dei materiali polimerici si è soliti riportare in grafico i valori di E', E'' e tan δ in funzione della temperatura.

Prendendo in considerazione l'applicazione di uno sforzo di taglio, si procede alla definizione dei moduli G' e G'' in modo analogo a quanto detto prima.

Strumentazione[modifica | modifica wikitesto]

La strumentazione in uso per l'analisi meccanica dinamica consente di effettuare sia misure su campioni solidi sia su fluidi. Il campione, fissato tra due bracci o piatti, può essere sottoposto a stress in vari modi tramite l'ausilio di un motore elettromagnetico: esso può essere sottoposto a piegamento oppure compressione, taglio o torsione. La deformazione indotta viene misurata tramite un trasduttore di spostamento induttivo (LVTD) in grado di rilevare spostamenti dell'ordine di frazioni di micron.

A seconda delle diverse finalità, è possibile effettuare misure a frequenza costante (variando la temperatura), a temperatura costante (variando la frequenza) oppure variando sia la frequenza dello sforzo sia la temperatura in modo programmato.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ M.P. Sepe, Thermal Analysis of Polymers, iSmithers Rapra Publishing, 1997, p. 22, ISBN 1859571077.

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

  • Kevin P. Menard, Dynamic Mechanical Analysis: A Practical Introduction, 2ª ed., CRC Press, 2008, ISBN 1420053132.
  • Marc André Meyers e Krishan Kumar Chawla, Mechanical Behavior of Materials, Cambridge University Press, 2009, ISBN 0521866758.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]