Du plastique destiné aux appareils médicaux au caoutchouc pour les pneus, les matériaux que nous utilisons doivent répondre à des exigences de plus en plus élevées. Les fabricants de produits et les consommateurs attendent des matériaux qu’ils aient une belle apparence, qu’ils soient performants et qu’ils coûtent moins cher, tout en étant écologiques. Satisfaire à toutes ces attentes exige une connaissance approfondie du comportement des matériaux, du niveau moléculaire aux propriétés mécaniques réelles. De nombreux facteurs affectent les propriétés des matériaux : des outils et des méthodes de mesure précis sont donc nécessaires pour garantir que les matériaux répondent aux attentes élevées de notre monde. L’analyse mécanique dynamique (DMA) est une méthode de mesure et d’analyse clé pour évaluer les propriétés des matériaux à différents stades de développement et de production.

À un niveau très élémentaire, la DMA est la mesure des propriétés viscoélastiques d’un matériau, qui sont généralement quantifiées sous la forme d’un module de conservation, d’un module de perte et d’une tangente delta1. Les mesures DMA sont obtenues en appliquant des forces et des déformations à un matériau et en les analysant parallèlement à l’effet d’autres facteurs tels que la température, le temps et la fréquence.

Les outils utilisés le plus couramment pour effectuer des mesures d’analyse mécanique dynamique sont des « instruments DMA » extrêmement intégrés. Il s’agit d’instruments de paillasse capables d’appliquer des forces et des déplacements extrêmement précis pour effectuer des mesures sur des échantillons relativement petits. Ces mesures de forces et de déplacements sont utilisées conjointement à des profils de température pour caractériser les événements thermiques tels que la transition vitreuse, la fusion, la cristallisation, le durcissement et le vieillissement.

TA Instruments est le leader mondial des analyseurs mécaniques dynamiques avec ses instruments phares DMA 850 et RSA-G2. Ils permettent d’effectuer un large éventail de tests en mesurant avec une extrême précision les changements de propriétés les plus subtils.

Exemple d’expérience 1 : Cette figure permet de comparer trois échantillons de PET analysés en tension sur le DMA : un échantillon avec un revêtement adhésif uniforme affichant de bonnes performances, un échantillon avec un revêtement non uniforme aux performances médiocres et un échantillon sans revêtement. Un pic de transition dû au revêtement adhésif apparaît sur la courbe tan δ autour de 40 °C pour le « bon » échantillon, tandis que le pic de l’échantillon « médiocre » est beaucoup moins prononcé. La connaissance des caractéristiques des « bons » et « mauvais » échantillons permet d’effectuer le contrôle de qualité du procédé de revêtement et du produit fini. Des transitions aussi subtiles que celles-ci exigent une sensibilité et une précision extrêmement élevées.

Au fur et à mesure que le développement des matériaux et des produits progresse, les scientifiques et les ingénieurs ont besoin de capacités de test supplémentaires sur de plus grands échantillons et avec des forces plus élevées. Ce besoin peut avoir différentes origines, notamment :

• Des matériaux qui ne peuvent pas être miniaturisés (tels que les objets imprimés en 3D ou les composites)
• Des échantillons à forte rigidité dont la déformation exige plus de force
• Des conditions réelles qui exigent des déformations hors du régime viscoélastique linéaire (LVR)
• Des géométriques complexes qui représentent des composants réels

Souvent, les données générées par ces tests avec des forces plus élevées sont directement utilisées dans la conception et la vérification du matériau ou du produit dans ses conditions d’utilisation finale. Lorsque les tests et les échantillons commencent à approcher des conditions réelles, la taille des échantillons et les forces en jeu peuvent devenir relativement élevées, avec des forces appliquées de plus de 10 000 N et des déplacements dynamiques de 10 mm ou plus. Les tests DMA à forces élevées peuvent sembler très différents des tests DMA traditionnels, du fait qu’ils sont souvent effectués pour découvrir des informations spécifiques. Ces tests peuvent n’inclure que les variables de test applicables à l’utilisation finale, excluant même les effets de la température ! Ainsi, certains clients peuvent utiliser la DMA à forces élevées à la température ambiante à des fins de contrôle qualité pour un isolateur de vibrations ou un autre composant fini.

Du fait que ces types de tests DMA sont couramment effectués plus tard dans le cycle de développement, ils sont généralement mis en œuvre conjointement avec d’autres essais de résistance et de fatigue. La résistance du matériau, sa durée de vie en fatigue et ses propriétés DMA doivent toutes être prises en compte ensemble au cours des itérations que subissent les matériaux et les conceptions pour parvenir au produit final.

Ce tableau montre un essai de température sur des bardeaux d’asphalte, constitués d’un composite de verre, de goudron et d’agrégat qui ne peut pas être miniaturisé sans en changer les propriétés, en raison de la nature non homogène du matériau.

Ce tableau montre une évaluation de l’effet Payne sur le caoutchouc chargé. Les interactions charge-charge se détériorent sous les contraintes plus élevées, ce qui entraîne une baisse du module. Il est critique de comprendre cet effet lorsque les matériaux sont utilisés hors du régime viscoélastique linéaire (LVR).

La gamme de produits de tests mécaniques TA Instruments offre un large éventail de fonctionnalités de tests de résistance, de fatigue et DMA très performantes disponibles sur un seul et même instrument. Le DMA 3200 est un instrument 3200 spécialement configuré pour procurer les performances DMA les plus élevées, tout en conservant toutes ses capacités de test de résistance et de fatigue des matériaux. Toute la gamme de châssis de charge, de l’ElectroForce 3200 (capacité : jusqu’à 500 N) à l’Electroforce 3550 (capacité : jusqu’à 15 kN), peut être configurée pour les tests DMA tout en conservant les excellentes capacités de test de résistance et de fatigue des matériaux qui font la réputation des ElectroForce. Les utilisateurs disposent ainsi d’un outil polyvalent pour concevoir, tester et optimiser leurs produits avec précision et efficacité. Les logiciels spécialisés pour les essais de DMA et de fatigue offrent aux utilisateurs des fonctionnalités hors pair pour une grande variété de types d’essais afin d’offrir une polyvalence sans compromis.

TA Instruments propose la plus vaste gamme d’instruments capables d’effectuer des tests de DMA, de résistance et de fatigue disponible sur le marché. Ce large éventail de produits permet aux clients de satisfaire leurs besoins d’essais, du développement des matériaux au test et à la vérification du produit final, avec un partenaire commun et généralement avec un seul instrument.

Contactez-nous pour découvrir comment les instruments de test de DMA, de résistance et de fatigue de TA Instruments peuvent être configurés pour améliorer les capacités de test de votre laboratoire.