동적 기계 분석을 통한 지속 가능한 폴리머 개발의 지원 방법
Bharath Rajaram | Morgan Ulrich
April 04, 2022
동적 기계 분석이란 무엇인가요?
동적 기계 분석(DMA)은 동적 또는 주기적 힘을 받을 경우 재료의 반응을 측정하는 기술입니다. 보통 . 다양한 환경 조건에서 재료의 반응을 특정적으로 확인하기 위해 온도, 시간 및 빈도와 같은 기타 변수를 테스트 시 변경할 수 있습니다.
동적 기계 분석에 사용되는 방법은 지속 가능한 폴리머를 포함한 재료의 설계 및 개발에 있어 핵심입니다. 해당 응용 분야에서 동적 기계 분석은 유리 전이 및 용융 온도와 같은 중요한 특성뿐만 아니라 해당 재료의 경화 및 시효 거동의 측정에 사용됩니다.
이러한 특성은 모든 유형의 폴리머의 거동에 있어서 굉장히 중요합니다. 예를 들어, 결정도는 재료의 강성 및 온도 변화에 따른 강성이 변화에 영향을 미칩니다. 유리 전이 거동을 이해하게 되면 폴리머 혼합물이 혼합될 여부를 파악할 수 있습니다. 지속 가능한 폴리머 개발에 있어서 해당 시험은 시재료와 최종 제품이 일관성을 유지하고 최종 사용 성능의 기대치 충족의 확인을 위한 중요한 시험입니다.
지속 가능한 폴리머 도전 과제를 위한 DMA 측정
지속 가능한 폴리머의 경우 가장 큰 어려움 중의 하나는 소비자가 사용을 마친 후의 재활용 재료가 기존 원상태의 수지와 물리적 특성이 어떻게 다른지를 밝혀내는 것입니다. 동적 기계 분석은 이러한 재료의 거동 및 특성을 확인 및 이해하여 이러한 문제의 해결에 도움이 될 수 있습니다. 해당 결과를 통해 재활용 재료의 사용 후 제품의 예측이 가능하며, 재생 가능하도록 제공되는 새로운 또는 생분해성 폴리머 후보의 설계 개선이 가능합니다.
동적 기계 분석을 실시하려면 보통 샘플에 특정 유형의 응력을 가한 후 일부 유형의 힘 변환기 또는 변위 측정을 통해 샘플의 변화를 추적해야 합니다. 우선 해당 샘플을 기기에 고정합니다. 그 후 보통 특정 유형의 구동 모터를 사용하여 주기적인 힘을 가합니다.
단일 동적 기계 분석 장비로 유리 전이 온도 및 재료 강성을 비롯한 다양한 샘플 특성의 복구가 가능합니다.
동적 기계 분석 기기의 선택은 측정 샘플 유형에 따라 달라집니다. 이상적인 측정 조건을 위해서는 해당 샘플에 실험 현장에서 실제로 주어질 가능성이 있는 매개변수들의 범위가 확보되어야 합니다. 폴리머 제조사들은 DMA를 통해 해당 재료가 안전하고 요구되는 성능의 보장할 수 있도록 적용 범위 내에서 요구되는 허용 오차의 충족 여부를 확인합니다.
기기의 그립 유형도 고려해야 할 조건중의 하나입니다. 일부 홀더는 고체와 함께 사용하도록 최적화되어 있거나 또는 다른 온도에서의 측정을 위해 가열될 수 있습니다.
TA의 동적 물성 분석 장비
TA Instruments는 동적 기계 분석 기기 및 실험 설계 분야를 이끌어 가는 세계적인 리더입니다. 당사는 여러가지 측정과 다양한 종류의 폴리머 재료에 적합한 다양한 장비를 공급합니다.
TA Instruments 제품군은 DMA 850, Electroforce DMA 3200 및 3550을 망라합니다이러한 장비들은 사용 편의성에 초점을 맞추어 설계되었고 기존 워크플로 및 프로세스에 손쉽게 통합이 가능합니다. 각각의 장비는 TA Instruments의 특허 기술을 통해 시료 위치 지정 및 힘 적용에 대해 더할
Electroforce DMA 3200은 최대 500N의 힘 그리고 최대 80G의 빠른 가속을 보여주며 어려운 동적 기계 분석 시험에도 안성맞춤입니다. Electroforce 3550 모델은 유사하고 넓은 범위에 걸쳐 많은 기계적 피로 및 동적 특성화 시험에 우수한 성능을 보여줍니다. DMA 850은 광범위한 동적 기계 분석 시험에 이상적이며 정확한 힘 감도 및 변위 분해능을 위한 에어 베어링 및 광학 인코더 기술을 사용합니다.
TA Instruments로 문의하여 당사의 기기가 DMA 측정에 어떻게 새로운 차원의 정보 및 효율성을 제공하고 지속 가능한 폴리머 개발을 가속화하고 있는지 확인하십시오.
기준:
- Menard, K. P., & Menard, N. R. (2020). Dynamic mechanical analysis. CRC press.
- TA Instruments (2022), DMA instruments, https://www.tainstruments.com/products/rheology/dynamic-mechanical-analyzers/, accessed February 2022
Other Resources
- Quantifying Polymer Crosslinking Density Using Rheology and DMA
- Characterization of Shape-Memory Polymers by DMA
- Determination of the Linear Viscoelastic Region of A Polymer Using a Strain Sweep on the DMA 2980
- Characterization of an Acrylic/Melamine Copolymer Blend by DSC and DMA
- Characterization of a Polymer Resin/Catalyst System by TGA, DSC, DMA
- Dynamic Mechanical Analyzers
- DMA 850