Comment le développement durable des polymères est appuyé par les essais d’Analyse Mécanique Dynamique

Bharath Rajaram | Morgan Ulrich
April 04, 2022

Qu’est-ce que l’analyse mécanique dynamique ?

L’analyse mécanique dynamique (DMA) est une technique qui permet de mesurer la réponse des matériaux quand ils sont confrontés à des forces dynamiques ou cycliques. En général, l’analyse mécanique dynamique implique d’examiner la réponse élastique et visqueuse du matériau quand il est exposé à une petite charge oscillante qui sonde la réponse de la structure moléculaire face à la sollicitation. D’autres variables, telles que la température, le temps et la fréquence, pourront être modifiées au cours de l’essai pour identifier le comportement du matériau dans différentes conditions environnementales.

Les méthodes utilisées dans l’analyse mécanique dynamique sont un élément clé de la conception et du développement des matériaux, notamment des polymères durables. Dans cette application, l’analyse mécanique dynamique permet de mesurer des propriétés importantes telles que les températures de fusion et de transition vitreuse, ainsi que le processus de réticulation et de vieillissement de ces matériaux.

Ces propriétés sont cruciales pour le comportement de tous types de polymères. Par exemple, la cristallinité a une influence sur la raideur du matériau et sur la façon dont cette raideur varie avec les changements de température. Comprendre comment se déroule la transition vitreuse peut révéler si les mélanges de polymères sont miscibles ou non. En ce qui concerne le développement de polymères durables, il s’agit de tests cruciaux pour veiller à ce que les matériaux de départ et les produits finaux soient cohérents et répondent aux attentes en matière de performance de l’utilisation finale, en particulier lorsqu’ils sont comparés à des polymères plus traditionnels.

Mesures DMA pour les défis en matière de polymères durables

Pour les polymères durables, l’un des plus grands défis est de déterminer comment les matériaux recyclés post-consommation diffèrent des résines vierges traditionnelles par rapport à leurs propriétés physiques. L’analyse mécanique dynamique peut contribuer à relever ce défi en examinant et en comprenant le comportement et les propriétés de ces matériaux. Les résultats peuvent également permettre de prévoir les effets négatifs de l’utilisation de matériaux recyclés sur la performance des produits et conduire à des améliorations dans la conception de nouveaux polymères d’origine renouvelable ou biodégradables.

La réalisation d’une analyse mécanique dynamique suppose généralement l’application d’un certain type de contrainte à un échantillon, puis l’utilisation d’un type de capteur de force ou de mesure de déplacement pour suivre les changements intervenus dans l’échantillon. L’échantillon est d’abord serré dans l’instrument. Ensuite, on exerce une force de nature périodique, le plus souvent par l’intermédiaire d’un moteur d’entraînement.

Un seul instrument d’analyse mécanique dynamique peut servir à récupérer une variété de caractéristiques d’échantillons, y compris les températures de transition vitreuse et la raideur des matériaux.

Le choix du meilleur instrument d’analyse mécanique dynamique dépend des types d’échantillons à mesurer. Idéalement, les conditions de mesure doivent saisir les plages de paramètres que l’échantillon est susceptible de connaître sur le terrain. Les fabricants de polymères ont recours à la DMA pour confirmer que leurs matériaux seront satisfaisants, quel que soit la tolérance requise, sur toutes les plages d’application, afin de garantir la sécurité et les performances escomptées.

Il faut également tenir compte du type de mors utilisés sur l’instrument.

Certains supports sont optimisés pour une utilisation avec des solides ou peuvent être chauffés pour effectuer des mesures à différentes températures.

Instruments d’Analyse Mécanique Dynamique de TA

TA Instruments est le leader mondial de l’instrumentation d’analyse mécanique dynamique et de la conception expérimentale. Nous proposons une gamme d’appareils adaptés à différentes mesures et divers types de matériaux polymères.

La gamme TA Instruments comprend le DMA 850, l’Electroforce DMA 3200 et 3550. Ces appareils sont conçus de manière à être faciles à utiliser et à intégrer dans les flux de travail et les processus existants. Chaque instrument bénéficie des technologies brevetées de TA Instruments qui assurent un contrôle sans pareil du positionnement de l’échantillon et de l’application de la force.

Le DMA 3200 Electroforce possède une force maximale de 500 N avec une accélération rapide allant jusqu’à 80 G – idéal pour les tests d’analyse mécanique dynamique les plus exigeants. Le modèle Electroforce 3550 est excellent pour un grand nombre de tests de fatigue mécanique et de caractérisation dynamique sur une gamme tout aussi étendue. Le DMA 850 est un outil de travail idéal pour une large gamme de tests d’analyse mécanique dynamique. Il utilise les technologies de paliers à air et d’encodeurs optiques pour une meilleure sensibilité à la force et une meilleure résolution des déplacements. Contactez TA Instruments pour savoir comment nos instruments peuvent apporter une nouvelle dimension d’information et d’efficacité à vos mesures DMA et accélérer vos développements sur les polymères durables.

Références:

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