의료 기기용 플라스틱에서 타이어용 고무에 이르기까지, 생산에 사용되는 재료에 요구되는 기준은 점점 더 높아지고 있습니다. 제품의 제조업체와 소비자는 보기에 좋고, 성능도 우수하며, 비용이 절감되는 동시에 환경에도 친화적인 재료를 원하고 있습니다. 이러한 모든 기대에 부응하기 위해서는 분자 수준에서 실제 기계적 특성에 이르기까지 재료의 거동에 대한 심도 있는 이해가 필요합니다. 수많은 요소가 재료의 특성에 영향을 미치므로 이처럼 높은 기대치를 충족시키는 재료를 확보하기 위해서는 정확한 측정 도구와 방법이 필요합니다. DMA(동적 기계적 분석)은 개발 및 생산의 다양한 단계에서 재료의 특성을 평가하기 위해 사용되는 주요 측정 및 분석 방법입니다.

기본적으로 DMA는 재료의 점탄성 특성을 측정하는 것으로, 보통 저장 탄성률, 손실 탄성률, Tan δ의 형태로 정량화됩니다.¹ DMA 측정은 재료에 힘과 변형을 가하여 온도, 시간, 주파수를 비롯한 다른 요인의 영향과 함께 분석하여 얻습니다.

DMA 측정에 가장 일반적으로 사용되는 도구는 고도로 통합된 “DMA 장비”입니다. 매우 정밀한 힘과 변위를 적용할 수 있는 벤치탑 기기로서 측정 대상 시료의 크기가 비교적 작은 경우에 사용됩니다. 이러한 힘과 변위의 측정은 온도 프로파일과 함께 종종 유리 전이, 용융, 결정화, 경화 및 노화와 같은 열적 이벤트의 특성화에 사용됩니다.

TA Instruments DMA(동적기계분석기) 부문에서 세계를 선도하는 리더로서, 플래그십 모델인 DMA 850, RSA-G2 장비를 보유하고 있습니다. 이러한 장비는 속성의 매우 미묘한 변화를 극도로 정밀하게 측정하며 광범위한 시험을 수행할 수 있습니다.

이 그림은 DMA에서 세 가지 PET 시료의 비교 결과를 나타냅니다. 하나는 성능이 우수한 균일한 접착제 층을 사용했고, 하나는 성능이 나쁜 불균일한 접착제 층을 사용했으며, 다른 하나는 코팅되지 않은 것입니다. 접착제로 인한 전이 피크는 “양호한” 시료일 경우 약 40°C의 tan δ에서 나타나지만 “불량한” 시료의 경우 피크가 훨씬 작습니다. 양호하고 불량한 시료의 특성을 파악하면 코팅 공정과 완제품의 품질 관리가 가능합니다. 이와 같은 미묘한 전이를 확인하기 위해서는 매우 높은 감도와 정밀도가 필요합니다.

재료와 제품의 개발이 진행됨에 따라 과학자와 엔지니어에게는 더 많은 시료와 더 강력한 힘을 시험할 수 있는 추가 시험 기능이 필요하게 됩니다. 이러한 니즈는 다음을 비롯하여 여러 방면에서 발생할 수 있습니다.

• 소형화할 수 없는 재료(예: 3D 인쇄, 복합 재료)
• 변형에 더욱 강력한 힘이 필요한 고강성 시료
• LVR(선형 점탄성 상태) 외부의 변형이 필요한 실제 환경
• 실제 구성 요소를 나타내는 복잡한 형상

많은 경우 더 강력한 하중 시험에서 생성된 데이터는 최종 사용 조건에서 시행하는 재료나 제품의 설계 및 검증에 직접 사용됩니다. 시험과 시료 크기가 실제 조건에 가까워지기 시작하면 10,000N 이상의 힘을 가하거나 10mm 이상의 동적 변위를 측정하는 등 시료 크기와 힘이 상대적으로 커질 수 있습니다. 고하중 DMA 시험은 흔히 구체적 정보를 학습하기 위해 수행한다는 점에서 기존 DMA 시험과 차이점이 커 보일 수 있습니다. 이 시험에는 최종 사용 환경에 해당하는 시험 변수만 적용할 수 있으며, 심지어 온도의 영향도 배제할 수 있습니다! 예를 들어, 일부 고객은 방진 장치나 기타 완성된 부품에 대한 품질 관리 검사를 위해 실온에서 고하중 DMA를 사용할 수 있습니다.

이러한 유형의 DMA 시험은 일반적으로 개발 주기 후반에 진행되므로 보통 강도 및 피로 시험 등과 함께 실행됩니다. 최종 제품을 향해 재료와 설계를 반복할 경우 재료 강도, 피로 수명, DMA 속성을 모두 함께 고려해야 합니다.

이 표는 아스팔트 슁글의 온도 스윕을 나타냅니다. 아스팔트 슁글은 유리, 타르, 골재의 합성물로서 재료의 특성이 불균일해 특성의 변경 없이는 소형화가 불가능합니다.

이 표는 충전된 고무의 페인 효과를 평가한 결과를 나타냅니다. 필러-필러 상호작용은 높은 변형률 환경에서 분해되어 모듈러스가 낮아집니다. 재료가 LVR 외부에서 사용될 경우 이 효과를 이해하는 것이 매우 중요합니다.

TA Instruments의 기계적 물성 분석 제품군은 하나의 장비 내에서도 광범위한 고성능 재료 강도, 피로 및 DMA 기능을 제공합니다. DMA 3200은 최고의 DMA 성능을 위해 특별히 구성된 3200 장비임에도 불구하고 모든 재료 강도와 피로 시험 기능을 갖추고 있습니다. ElectroForce 3200(용량: 최대 500N)에서 Electroforce 3550(용량: 최대 15kN)에 이르는 전체 로드 프레임 라인은 DMA 시험용으로 구성하면서도 널리 알려진 ElectroForce의 우수한 재료 강도 및 피로 성능을 유지할 수 있습니다. 정확하고 시간 효율적인 방식으로 제품을 설계, 시험, 개선할 수 있는 다목적 도구가 제공됩니다. DMA 및 피로 시험을 위한 특수 소프트웨어는 다양한 시험 유형에 대한 세계 최고 수준의 기능을 제공하여 일체의 타협 없이 장비를 다양하게 활용할 수 있습니다.

TA는 DMA, 강도 및 피로 테스트를 모두 진행할 수 있는 가장 광범위한 용도의 장비를 제공합니다. 고객은 이처럼 광범위한 제품을 활용하여 재료 개발에서 최종 제품 테스트 및 검증에 이르기까지 공통의 파트너와 단일 장비로 시험 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

TA Instruments의 DMA, 강도 및 피로 측정 장비를 구성하여 실험실의 능률을 향상시키는 방법이 궁금하시다면 언제든지 당사에 문의해 주십시오.