Cómo el análisis mecánico dinámico contribuye al desarrollo de polímeros sostenibles

Bharath Rajaram | Morgan Ulrich
April 04, 2022

¿Qué es el análisis mecánico dinámico?

El análisis mecánico dinámico (DMA por sus siglas en inglés) es una técnica para medir la respuesta de los materiales cuando éstos son sometidos a fuerzas dinámicas o cíclicas. Normalmente, el análisis mecánico dinámico consiste en observar la respuesta elástica y viscosa del material cuando se somete a una pequeña carga oscilante que comprueba la respuesta de la estructura molecular a esta perturbación. Otras variables, como la temperatura, el tiempo y la frecuencia, pueden modificarse como parte de las pruebas para caracterizar el comportamiento del material en diferentes condiciones ambientales.

Los métodos utilizados en el análisis mecánico dinámico son una pieza clave en el diseño y desarrollo de materiales, incluidos los polímeros sostenibles. En esta aplicación, el análisis mecánico dinámico se utiliza para medir propiedades importantes como las temperaturas de transición vítrea y de fusión, así como el comportamiento de curado y envejecimiento de dichos materiales.

Estas propiedades son cruciales para el comportamiento de todo tipo de polímeros. Por ejemplo, la cristalinidad influye en la rigidez del material y en cómo ésta varía según los cambios de temperatura. Entender el comportamiento de la transición vítrea puede revelar si las mezclas de polímeros son miscibles o no. En el desarrollo de polímeros sostenibles, estas pruebas son cruciales para garantizar que tanto los materiales de base como los productos finales sean consistentes y cumplan con las expectativas de rendimiento del uso final, especialmente cuando se comparan con polímeros más tradicionales.

Mediciones de DMA para determinar el grado de sostenibilidad de los polímeros

En el caso de los polímeros sostenibles, uno de los mayores retos es determinar en qué medida los materiales reciclados después del consumo difieren en sus propiedades físicas con respecto a la resina virgen tradicional. El análisis mecánico dinámico puede ayudar a superar este reto al examinar y ayudar a comprender el comportamiento y las propiedades de dichos materiales. A su vez, los resultados pueden predecir cualquier efecto adverso en el rendimiento del producto debido al uso de materiales reciclados y, conducir a mejoras en el diseño de nuevos candidatos a polímeros de origen renovable o biodegradables.

El análisis mecánico dinámico suele implicar la aplicación de un determinado tipo de tensión a una muestra y el uso de algún tipo de transductor de fuerza o medición de desplazamiento para seguir los cambios en la muestra. La muestra se sujeta primero en el instrumento. A continuación, se aplica una fuerza de naturaleza periódica, normalmente mediante algún tipo de motor que la impulsa.

Un único instrumento de análisis mecánico dinámico puede ser utilizado para obtener una gran variedad de características de la muestra, como las temperaturas de transición vítrea y la rigidez del material.

La elección del instrumento de análisis mecánico dinámico adecuado depende de los tipos de muestras que se vayan a medir. Lo ideal es que las condiciones de medición capturen los rangos de parámetros que la muestra probablemente experimente en el campo. Los fabricantes de polímeros utilizan el DMA para verificar que sus materiales cumplen las tolerancias requeridas dentro de sus rangos de aplicación con el fin de garantizar la seguridad y el rendimiento deseado.

También se debe tener en cuenta el tipo de sujeción del instrumento. Algunos soportes están optimizados para su uso con sólidos o pueden calentarse para realizar mediciones a diferentes temperaturas.

Instrumentos de análisis mecánico dinámico de TA

TA Instruments es líder mundial en la creación de instrumentos de análisis mecánico dinámico y diseño de ensayos. Ofrecemos una gama de dispositivos adecuados para diferentes mediciones y tipos de materiales poliméricos.

La gama de dispositivos de TA Instruments incluye el Analizador mecánico dinámico DMA 850, y los analizadores ElectroForce DMA 3200 y DMA 3550. Estos dispositivos están diseñados pensando en que sean fáciles de usar y que se integren fácilmente en los flujos de trabajo y procesos existentes. Cada instrumento se beneficia de las tecnologías patentadas de TA Instruments que permiten un control inigualable sobre el posicionamiento de la muestra y la aplicación de la fuerza.

El ElectroForce DMA 3200 tiene una fuerza máxima de 500 N con una aceleración rápida de hasta 80 G, ideal para los ensayos de análisis mecánico dinámico más exigentes. El modelo Electroforce 3550 es excelente para muchos ensayos de fatiga mecánica y caracterización dinámica en un rango igualmente amplio. El DMA 850 es un caballo de batalla ideal para una amplia gama de ensayos de análisis mecánico dinámico y utiliza tecnologías de cojinete de aire y codificador óptico para obtener la sensibilidad de fuerza y la resolución de desplazamiento más precisas.

Póngase en contacto con TA Instruments para descubrir cómo nuestros instrumentos pueden aportar una nueva dimensión de información y eficiencia a sus mediciones de DMA y acelerar sus desarrollos de polímeros sostenibles.

Referencias:

1. Menard, K. P., & Menard, N. R. (2020). Dynamic mechanical analysis. CRC press.
2. TA Instruments (2022), DMA instruments, https://www.tainstruments.com/products/rheology/dynamic-mechanical-analyzers/, accessed February 2022