Desde plásticos para dispositivos médicos hasta caucho para neumáticos, los materiales que usamos deben cumplir con exigencias cada vez mayores. Los fabricantes y consumidores de productos esperan que sus materiales tengan un buen aspecto, funcionen bien y cuesten menos, sin dejar de lado el factor ambiental. El cumplimiento de todas estas expectativas requiere un profundo entendimiento del comportamiento de los materiales, desde el nivel molecular hasta las propiedades mecánicas del mundo real. Debido a los muchos factores que afectan las propiedades de los materiales, se necesitan métodos y herramientas de medición precisas que garanticen que los materiales cumplan con las altas expectativas de nuestro mundo. Un método clave de medición y análisis para evaluar las propiedades de los materiales en las diversas etapas del desarrollo y la producción es el Análisis mecánico dinámico (DMA).

En esencia, el DMA es la medición de las propiedades viscoelásticas de un material, las cuales se cuantifican generalmente como módulo de almacenamiento, módulo de pérdida y tan delta.¹ Se obtienen las mediciones del DMA aplicando fuerzas y deformaciones a un material, y analizándolo junto con el efecto de otros factores, como temperatura, tiempo y frecuencia.

La herramienta más común utilizada para las mediciones de DMA son “Instrumentos DMA” altamente integrados.  Estos son instrumentos de mesada capaces de aplicar fuerzas y desplazamientos muy precisos para las mediciones de muestras relativamente pequeñas. Se utilizan estas mediciones de fuerza y desplazamiento, junto con los perfiles de temperatura, para caracterizar eventos térmicos, como la transición vítrea, la fusión, la cristalización, el curado y el envejecimiento.

TA Instruments es el líder mundial en Analizadores mecánicos dinámicos con nuestros instrumentos insignia DMA 850 y RSA-G2. Estos instrumentos pueden realizar una amplia variedad de pruebas con mediciones muy precisas de los cambios más sutiles en las propiedades.

Esta figura muestra una comparación entre tres muestras de PET en tensión en el DMA: una con una capa adhesiva uniforme que funciona bien, una con una capa no uniforme que funciona mal y una sin capa. Se observa un pico de transición debido al adhesivo en tan δ alrededor de 40 °C en la muestra “buena”, mientras que la muestra “mala” presenta un pico mucho menor. Conocer las características de muestras buenas y malas permite controlar la calidad del proceso de recubrimiento y el producto acabado. Las transiciones sutiles como estas exigen una sensibilidad y precisión extremadamente elevadas.

A medida que avanza el desarrollo de materiales y productos, los científicos e ingenieros necesitan más capacidades de prueba con muestras más grandes y fuerzas más elevadas. Esta necesidad puede provenir de una serie de diversos lugares, como:

• Materiales que no pueden miniaturizarse (como impresos 3D o compuestos)
• Muestras de rigidez alta que requieren una mayor fuerza para la deformación
• Condiciones del mundo real que exigen deformaciones fuera del Régimen viscoelástico lineal (LVR)
• Geometrías complejas que representen componentes del mundo real

Por lo habitual, los datos generados por estas pruebas de mayor fuerza se usan directamente en el diseño y la verificación del material o producto en su condición de uso final. A medida que las pruebas y las muestras de pruebas comienzan a aproximarse a las condiciones del mundo real, los tamaños y fuerzas de las muestras pueden volverse relativamente elevados con fuerzas aplicadas de más de 10 000 N y desplazamientos dinámicos de 10 mm o más. Las pruebas DMA de fuerza elevada pueden parecer muy diferentes de las pruebas DMA tradicionales en el sentido de que generalmente se llevan a cabo para conocer información específica. Estas pruebas pueden incluir solo las variables de la prueba, que se aplican al uso final, y no obstante se excluyen los efectos de la temperatura. Por ejemplo, algunos clientes pueden usar el DMA de fuerza elevada a temperatura ambiente como control de calidad para comprobar un aislador de vibraciones u otros componentes terminados.

Como estos tipos de pruebas DMA por lo habitual se realizan más adelante en el ciclo de desarrollo, se las ejecuta juntas con otras pruebas de fuerza y fatiga. La fuerza, el ciclo de vida de fatiga y las propiedades del DMA deben considerarse juntas ya que los materiales y diseños son iterados en función del producto final.

Esta tabla muestra un barrido de temperatura en tejas de asfalto, un compuesto de vidrio, alquitrán y conglomerado que no puede miniaturizarse sin cambiar las propiedades por la naturaleza no homogénea del material.

Esta tabla muestra una evaluación del Efecto Payne en caucho relleno. Las interacciones relleno-relleno se rompen con tensiones más altas, lo que genera una reducción del módulo. Es fundamental comprender este efecto al utilizar materiales fuera del LVR.

La familia de productos de Pruebas mecánicas de TA Instruments ofrece una amplia gama de capacidades de DMA, fuerza y fatiga de materiales de alto rendimiento en un solo instrumento. DMA 3200 es un instrumento 3200 configurado especialmente para el mayor rendimiento del DMA, aunque mantiene toda su capacidad de prueba de fuerza y fatiga de materiales. Toda la línea de marco de carga, desde ElectroForce 3200 (capacidad: hasta 500 N) hasta Electroforce 3550 (capacidad: hasta 15 kN), puede configurarse para las pruebas DMA manteniendo la capacidad principal de fuerza y fatiga de materiales que hace famoso a ElectroForce. Los usuarios ahora cuentan con una herramienta versátil para diseñar, probar y refinar sus productos en forma precisa y rápida. El software especializado para el DMA y las pruebas de fatiga brinda al usuario una capacidad de primera clase para una amplia variedad de pruebas que ofrecen versatilidad sin riesgos.

TA ofrece instrumentos para la gama más amplia de instrumentos con capacidad para pruebas DMA, de fuerza y fatiga del mercado. Esta amplia gama de productos permite que los clientes satisfagan sus necesidades de pruebas, desde el desarrollo del material hasta las pruebas y verificación del producto final, con un socio en común, y comúnmente con un solo instrumento.

Contáctenos para saber cómo los instrumentos de DMA, fuerza y fatiga de TA Instruments pueden configurarse para mejorar las capacidades de pruebas de su laboratorio.