Term

ická

ana

lýza

Exc

elle

nce

DMA 1

Moderní technologie

Všestranná modularita

Švýcarská kvalita

Dynamická mechanická analýzaKompletní charakterizace materiálu

Systém STARe

2

Víceúčelová DMA dokonalé řešení pro analýzu materiálu

Dynamická mechanická analýza (DMA) je důležitá technika používaná pro měření mecha-nických a viskoelastických vlastností takových materiálů jako jsou termoplasty, termosety, elastomery, keramika a kovy. V DMA je vzorek vystaven periodickému napětí v jednom nebo několika různých módech deformace. Analyzuje se amplituda síly a posunu a fázový posun jako funkce teploty, času a frekvence.

Vlastnosti a výhody METTLER TOLEDO DMA 1:

n Flexibilní polohování měřicí hlavy – měření ve všech deformačních módech i v kapalinách nebo při různých úrovních relativní vlhkosti

n Snadná obsluha – umožňuje rychlou výměnu deformačních módů

n TMA měření – pro měření koeficientu roztažnosti, efekty způsobené creepem a relaxační časy

n Vlhkostní modul – pro sorpční a desorpční měření

n Ergonomický design s velkým dotykovým displejem – pro pohodlné upnutí vzorků a monitorování měření

n Široký teplotní rozsah – od –190°C do 600°C

n Mimořádně efektivní a ekonomické chlazení – šetří drahocenný čas a významně snižuje spotřebu kapalného dusíku

DM

A Ex

celle

nce

Unikátní vlastností DMA 1 je jeho otáčivá měřicí hlava. Měření může být prováděno ve všech standardních deformačních módech, i v kapalinách nebo při definovaných úrovních realtivní vlhkosti.

3

Nepřekonatelná všestrannost optimální konfigurace pro všechny aplikace

Nepřekonatelná všestrannost DMA 1 umožňuje provádění aplikací při optimální konfiguraci měření. DMA 1 lze velice rychle a snadno upravit, ať už pro konvenční DMA analýzy nebo pr experimenty používající sta-tické síly nebo měření v kapalinách.

Měření za řízené relativní vlhkosti Modul Humidity se skládá ze speciální vlhkostní komory, cirkulační ohřívací lázně a generátoru vlhkosti. Umožňuje provádět měření za optimálních podmínek ve všech deformačních módech. Po instalaci vlhkostní komory není nutné žádné přejustování systému.

Měření se statickými silami Kromě dynamického módu umožňuje DMA 1 provádět měření pomocí statických sil (TMA mód). Pro DMA 1 mohou být použity všechny defor-mační módy.

Typická TMA aplikace obsahuje:

• Stanovení koeficientu teplotní roztažnosti • Měření creepu a zotavení • Diagramy napětí-deformace• Diagramy deformace-relaxace • Teploty měknutí materiálů

Měření v kapalinách Modul Fluid Bath umožňuje provádění DMA nebo TMA experimentů v kapalinách s využitím všech standardních deformačních módů. Celý držák vzorku a vzorek jsou ponoření do kapaliny. Modul Fluid Bath se skládá ze speciální ponorné lázně a externí regulace teploty pomocí cirkulační lázně nebo chladiče.

4

TGADSC Flash DSC TMADMA

Rychlé výsledky díky mnoha inovacím

Pohodlné upínání vzorků Měřicí hlava může být umístěna v mnoha pohodlných pozicích pro instalaci držáků vzorků a pro uchycení vzorků. Poté je nastavena do optimální pozice pro měření v jednotlivých deformačních módech. Aktuální orientace měřicí hlavy je pak automaticky detekována indikátorem pozice.

I když jsou pozice odlišné, systém nevyžaduje žádné kalibrace ani justování.

Kompletní termoanalytický systém Kompletní termoanalytický systém se skládá ze čtyř různých měřicích technik. Každá z nich charakterizuje vzorek svým vlastním specifickým způsobem. Kombinace všech čtyř výsledků dává kompletní obrázek a zjednodušuje interpretaci. DMA měří mechanický modul, DSC a Flash DSC tok tepla, TGA hmotnostní křivku, a TMA délkové změny. Všechny tyto veličiny jsou funkcí času.

Inov

ace

5

PříslušenstvíSady příslušenství Accessory Box obsahuje všechny držáky vzorku a vzorkové svorky potřebné pro instalaci držáků vzorku a teplotního čidla. Sada Calibration Box obsahuje všechny materiály potřebné pro provádění jednotlivých teplotních justování. To je klíčový faktor pro dosažení přesných a spolehlivých výsledků měření.

Perfektní konstrukce do posledního detailu

Titanové vzorkové svorkyVzorkové svorky jsou mimořádně důležité pro přesná měření. DMA 1 svorky jsou vyrobeny ze speciální titanové slitiny. Díky tomu získávají následující výhody:• Přirozená rezonanční frekvence

systému je posunuta k vyšším frekvencím díky nižší hmotnosti svorek.

• Svorky jsou vysoce odolné korozi, protože titan tvoří při kontaktu se vzduchem inertní vrstvičku oxidu. Tato skutečnost je mimo-řádně výhodná zvláště pro měření v kapalinách.

• Svorky také mohou být ohřívány nebo chlazeny rychleji, protože tepelná vodivost titanu je lepší, než u většiny jiných potenciálně vhodných materiálů.

Dotykový displej DMA 1Dotykový displej umožňuje vizuální kontakt s přístrojem i z větší vzdálenosti a má dvě velmi důležité funkce: • Zobrazuje aktuální posun pružiny při instalaci držáku vzorku a při upínání vzorku. Tím chrání

celý měřicí systém a zajišťuje, že se při upínání vzorku nic nepoškodí.

• Monitoruje sinusovou excitační funkci. To je mimořádně důležité, obzvláště na začátku měření. Ukazuje vám zda byl vzorek řádně upnut

do držáku vzorku.

6

Princip měření V dynamické mechanické analýze (DMA) je vzorek podroben oscilující síle a výsledkem je naměřená am-plituda posunu. Fázový posun mezi působící silou a signálem posunu je odvozen z časového zpoždění mezi oběma naměřenými křivkami.

Vysoce přesné měření posunu Klíčovou komponentou DMA 1 je LVDT (Linear Variable Differential Transformer). LVDT měří délkové změny v celém měřicím rozsahu ±1 mm se středním rozlišením 2 nm. Je umístěn blízko vzorku, aby se minimalizovaly jakékoliv vli-vy způsobené deformací měřicího systému. Tím se zlepšuje přesnost měření časového zpoždění (fázový posun) mezi silou a posunem.

Vzorky s Pt100Pt100 teplotní čidlo je umístěno co nejblíže vzorku. Teplotní justování v požadovaném deformačním módu zajišťuje, že teplota je měřena správně.

Švýc

arsk

á kv

alita

Legenda1 LN2 vstup/výstup

2 Topný prvek

3 Držák vzorku

4 Vzorek

5 Hnací hřídel

6 LVDT senzor posunu

7 Hnací motor

8 Vedení hnací hřídele (pružina)

Spolehlivý, prvotřídní výkon v celém teplotním rozsahu

7

A B C

D E F

Optimalizované držáky vzorku Pohodlná a snadná manipulace

DMA 1 nabízí výběr ze šesti různých deformačních módů. Nejvhodnější deformační mód pro určitou aplikaci závisí na požado-vané informaci a povaze a geometrii vzorku. Tuhost vzorku musí být zvolena tak, aby byla znatelně nižší, než je tuhost vlastního měřicího systému. Všech šest měřicích módů může být použito pro dynamická a statická měření.

Důležitým aspektem systému držáku vzorku je jednoduchost, se kterou může být délka vzorku v držáku vzorku nastavena. Příslušná délka může být nastavena v krocích 2.5 mm od minimální délky definované v jednotlivých módech a ž po maximální délku. Délka vzorku může být také pomocí spe-ciálních šroubů nastavena spojitě.

Různé deformační módy

3-bodový ohyb (A): Tento mód se používá pro přesná měření velice tuhých vzorků, jako jsou kompozitní materiály nebo termosety, zvláště pod teplotou skelného přechodu. Je také velice významný pro TMA měření. Single cantilever ohyb (B): Tento mód je vynikající pro materiály ve tyčinky (kovy, polymery), které vykazují velmi vysoký stupeň tuhosti. Single cantilever je ideální metodou pro měření pod teplotou skelného přechodu a je doporučeným módem pro stanovení ztrátového faktoru (tan delta) práškových materiálů. Dual cantilever ohyb (C): Tento mód je vhodný pro měkčí materiály s nižším stupněm tuhosti, obzvláště pro velice tenké vzorky, jako jsou fólie. Tah (D): Toto je běžný deformační mód pro vlákna. Je také velice důležitý pro TMA měření. Tlak (E): Kompresní mód se používá pro měření pěn, gelů a potravin a pro měření se statickou silou (TMA). Smyk (F): Smykový mód je ideální pro měkké vzorky, jako jsou elastomery, lepidla citlivá na tlak a pro studium vytvrzovacích reakcí.

Deformační mód Max. efektivní délka vzorku (mm) Max. efektivní šířka vzorku (mm) Standardní pozice hlavy (bez kapaliny)

Single cantilever ohyb 17.5 13 horizontální

Dual cantilever ohyb 35 13 horizontální

3bodový ohyb 45 13 vertikální (nahoru)

Tah 20 13 horizontální

Deformační mód Max. průměr vzorku (mm) Max. tloušťka vzorku (mm) Standardní pozice hlavy (bez kapaliny)

Smyk 10 12 horizontální

Tlak 10 16 vertikální (nahoru)

8

Nepřekonatelný chladicí výkon ušetří drahocenný čas

LN2 chlazení 1 litr-Dewar 35 litrů-Dewar

Teplotní rozsah –190 °C až 600 °C –190 °C až 600 °C

Spotřeba LN2 pro jedno chlazení z RT na –190 °C

<1 litr LN2 ~1.8 litr LN2

Spotřeba LN2 pro jedno chlazení z n RT na –100°C

<0,3 litr LN2 <0,4 litr LN2

Čas pro chlazení z RT na –190 °C <10 min <15 min

Moduly DMA měření TMA měření Relativní vlhkost Kapaliny

DMA základní přístroj Všechny módy Všechny módy Všechny módy Všechny módy

Chladicí modul 1 litr Dewar • •

Chladicí modul 35 litrů Dewar • •

Vlhkostní komora •

Generátor vlhkosti •

Lázeň s kapalinou •

Cirkulační lázeň nebo chladič • •

Teplotní rozsah a chladicí modulyChladicí výkon systému DMA 1 je je impozantní. Dokáže zchladit vzorek z pokojové teploty až na –190°C ze méně než 10 minut při mimořádně nízké spotřebě kapalného dusíku – méně než 1 litr pro 3 chladicí cykly na –100°C. Tím se ušetří jednak čas a jednak náklady, protože zásobník nemusí být doplňován tak často. Hlavní výhodou je zvýšený počet naměřených vzorků.

Pokud měření začíná při pokojové teplotě (RT), DMA 1 může být používáno bez chladicího mudulu.

9

AGC

Book

20%

Cya

n

Thermal Analysis in Practice Collected Applications

Ther

mal

Ana

lysi

s

Application Handbook

1.41.21.00.80.60.40.2

0– 0.2– 0.4– 0.6– 0.8–1.0–1.2

0 0.2

Time in s

Force in N

Force in NDisplacement in µm

0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

∆

Flexibilní DMA pro DMA a TMA měření

Termomechanická měření Konstrukce DMA 1 umožňuje jeho použití pro TMA měření (použití statické síly). Držáky vzorků a vzorkové svorky jsou instalovány úplně stejným způsobem, jako pro standardní DMA měření. Některé speciální typy TMA měření zahrnují:• Creep/zotavení Vzorky jsou náhle podrobeny vysoké statické síle. Po uplynutí určitého

času je tato síla odstraněna a měří se zotavení vzorku jako funkce času.

• Diagram napětí-deformace Měří se tah (síla působící na jednotku plochy vzorku) a výsledná deformace a vynesou se do grafu. Ve většině případů je počáteční

část křivky lineární pro nízkou úroveň deformace. Pro větší úroveň deformace je chování mnohem složitější a už není lineární až do bodu, kdy se vzorek zlomí.

• Diagram deformace-relaxace Tato izotermní měření ukazují, jak rychle se materiál deformuje pod

statickou silou před dosažením stavové rovnováhy. Výsledkem je relaxační čas.

Teorie DMAModul je vždy vypočten z aplikované amplitudy síly, Fa, naměřené amplitudy posunu, La, a fázového posunu δ mezi signálem síly a posunu. Typy modulů jsou následující: • Komplexní modul, M*, (modul pružnosti, E*, pro tah;

G* pro smyk)• Elastický modul, M‘, (přímo úměrný energii akumulo-

vané elasticky a vratně) • Ztrátový modul, M‘‘, (přímo úměrný energii přeměněné

na teplo a nevratně ztracené)

Hodnota modulu může být použita pro výpočet ztráto-vého faktoru (tanδ), který odpovídá poměru M‘‘ k M‘. Zcela elastické materiály mají ztrátový faktor 0, zatímco zcela viskózní materiály mají ztrátový faktor nekonečně velký (δ= 90°).

Moduly jsou vypočteny z naměřené tuhosti vzorku S (N/m) an geometrického faktoru g. S je veličina aktuál-ně měřená. M‘ = |M*| cos δ M‘‘ = |M*| sin δ tan δ = M‘‘ / M‘|M*| = S*g = Fa/La*g; tvrdost S = Fa/La

Významné servisní služby Společnost METTLER TOLEDO je hrdá, že nabízí vynikající přístroje a podporu potřebnou, abyste byli úspěšní ve svém pracovním oboru. Naši vyškolení servisní technici a obchodníci jsou připraveni a k dispozici pomáhat vám všemi způsoby:• Při servisu a údržbě• Při kalibraci a justování• Školením a aplikačním poradenstvím • Kvalifikací zařízení

METTLER TOLEDO poskytuje také komplexní literaturu aplikace pro termickou analýzu.

Síla

Čas

Síla a posun při frekvenci f, 1Hz. Fázový posun δ, může být vypočten z časového zpoždění ∆, použitím rovnice δ = 2πf∆.

Síla NPosunutí v μm

10

DMA poskytuje odpovědi v mnoha aplikačních oborech

DMA 1 je ideální přístroj pro použití pro dynamickou mechanickou analýzu a charakterizaci materiálů, dokonce i v kapalinách nebo při různých úrovních relativní vlhkosti. Usnadňuje velké množství aplikací a poskytuje cenné informace v kontrole kvality a v aplikovaném nebo základním výzkumu.

Materiály jsou při praktickém použí-vání vystaveny různým druhům deformací. Nejdůležitějšími faktory jsou časová závislost deformací, teplota a prostředí, ve kterém jsou tyto materiály deformacím vystaveny.

Dynamická mechanická analýza umožňuje řešit takové problematiky, jako je stabilita, praktický rozsah použitelnosti, výrobní proces, kont-rola kvality, poruchy materiálu a defekty.

Nejčastěji analyzovanými materiály jsou polymery, jako jsou termo-plasty, termosety, elastomery a lepidla, kovy, kompozitní materiály, barvy a laky, fólie a vlákna, kon-strukční materiály, farmaceutické výrobky a potraviny. Mohou být v pevném nebo vysoce viskózním stavu.

Efekty a vlastnosti, které mohou být charakterizovány pomocí DMA 1 systému:

• Viskoelastické chování • Krystalizace a tavení

• Relaxační chování • Gelovatění

• Skelný přechod • Fázové přechody

• Mechanické moduly • Složení směsí

• Tlumicí vlastnosti • Vytvrzování a polymerační reakce

• Měknutí • Defekty materiálu

• Viskózní tok • Efekty způsobené plnivy

Širo

ká š

kála

apl

ikac

í

11

Kompozitní materiályKompozitní materiály vyrobené z plněných

zesíťovaných polymerů mají vysoký elastický

modul při teplotách, při kterých se obvykle

používají. Modul se většinou stanovuje

3bodovým ohybem. Horní křivka zobrazuje

elastický modul desky plošného obvodu.

Hodnota naměřená při teplotě 70 °C a frek-

venci 1 Hz byla 21,1 GPa. Křivka také zob-

razuje proces měknutí při skelném přecho-

du, kde modul klesl pod hodnotu 5 GPa.

Tento krok v elastickém modulu odpovídá

píku na křivce ztrátového faktoru

tan delta.

Fázové přechody PTFEDSC křivka PTFE vykazuje fázové přechody

při teplotách kolem −100 °C a +30 °C a také

tání při 327 °C. Fázové přechody mohou být

také měřeny pomocí DMA v tenzním módu.

Skelný přechod je navíc sledován také při

teplotě +130 °C. Přechodové teploty naměřené

dvěma metodami tak vykazují vynikající

shodu.

PET fólie Graf zobrazuje DMA křivky PET fólie měřené

v tenzím módu při frekvenci 1 Hz. Křivky

podobné těmto se často využívají pro účely

kontroly kvality. Díky krystalizaci je změna

v modulu při skelném přechodu mezi

teplotami 80 a 150 °C pouze asi jeden řád.

Modul vykazuje další pokles hodnoty

při začátku tání při teplotě 230 °C. Křivka

tan delta vykazuje relaxační pík v oblasti

skelného přechodu. Spodní křivka je namě-

řena v TMA módu a zobrazuje změnu v délce

fólie. Směrnice se mění při onsetu teploty

skelného přechodu 95 °C. Smrštění fólie

nastává mezi 210 a 230 °C.

12

Styrene-butadiene rubberStyren-butadienová pryž (SBR) se používá

pro výrobu automobilových pneumatik

a těsnění. Vzorek SBR byl měřen při frek-

vencích 1, 2 a 5 Hz v módu single cantilever.

Skelný přechod nastává při teplotě asi

–20 °C a definuje spodní teplotní hranici

použití tohoto materiálu. Křivky tan delta

také jasně dokladují frekvenční závislost

skelného přechodu. Při vyšších frekvencích

se skelný přechod posouvá k vyšším teplotám.

Modul pružnosti se během skelného

přechodu mění asi o dva řády.

Vliv relativní vlhkostiKopolymer etylenvinyl alkohol (EVOH)

se často používá při výrobě balicích fólií

pro potraviny, protože má vynikající bariérové

vlastnosti vzhledem ke kyslíku a vodním

parám. Protože EVOH je hygroskopický

a voda působí jako změkčovadlo, bariérové

vlastnosti fólie jsou ovlivněny obsahem

vody. Izotermní DMA měření při 50 °C

ukazují, že zvýšení relativní vlhkosti vede

ke snížení elastického modulu pružnosti.

Pík na tan delta křivce je způsoben sníže-

ním teploty skelného přechodu zvýšením

relativní vlhkosti. Protože skelný přechod je

frekvenčně závislý, pík naměřený při nižší

frekvenci se se objeví při nižší relativní vlhkosti.

Polyamidové vlákno ve voděMechanické vlastnosti materiálů se mohou

dramaticky změnit při kontaktu s kapalinami.

Polymery v některých kapalinách tvrdnou

a křehnou, zatímco jiné kapaliny působí

jako změkčovadla. DMA 1 umožňuje měření

mechanického chování vzorků při plném

ponoření v kapalině. Uvedený příklad

ukazuje měření polyamidového vlákna

ve vodě při teplotách 20 °C a 40 °C. Teplota

skelného přechodu klesá díky absorpci

vody. Křivky modulu ukazují, že proces

změkčování probíhá rychleji při teplotě

40 °C než při teplotě 20 °C.

13

Silikonová pryžVulkanizační proces přeměňuje viskózní

kapalinu na kaučukovitou pevnou látku

s nízkým modulem. Tato změna v materiá-

lových vlastnostech je zcela evidentní

z DMA křivek. Obrázek vlevo zobrazuje

křivky modulu a tan delta silikonové pryže

měřené ve smykovém módu při frekvencích

1 Hz a 10 Hz. Vulkanizace probíhá mezi

teplotami 80 °C a 90 °C. Křivky ukazují,

že modul pružnosti během vulkanizace

stoupá, zatímco tan delta vykazuje značný

pokles. Materiál je daleko více elastický

po vulkanizaci, než před ní.

Křivky napětí-deformaceKvazi statické mechanické vlastnosti

přes velký rozsah deformací jsou často

stanovovány měřením křivek napětí-deformace

v tenzním módu. Graf zobrazuje naměřenou

křivku vzorku staré styren-butadienové

pryže (SBR) při 40 °C. Při nízké úrovni

deformace vykazují napětí a deformace

lineární závislost. Směrnice křivky v lineární

oblasti až do asi 2 % deformace je modul

pružnosti, 1,7 MPA. V nelineární oblasti

je křivka plošší a modul klesá. Maximum

křivky se nazývá mez kluzu.

Creep behaviorVlastnosti zotavení elastomerů jsou naprosto

základní pro jejich použití jako těsnění.

Měřený vzorek byl butylová pryž (IIR).

Zpočátku byla aplikovaná síla 0,05 N. Pak

byla náhle zvýšena na 1 N. Výsledná defor-

mace se skládá ze tří složek: okamžité

elastické deformace, časově závislé

viskoelastické deformaci a viskóznímu toku.

Zbytková deformace, která zůstává po od-

stranění působení síly, je permanentní

deformace způsobená viskózním tokem.

Elastomery podobné tomuto mají pouze

omezené použití jako ucpávky a těsnění.

www.mt.com

DMA 1 specifikace

Pro více informací

Certifikát kvality. Vývoj, výroba a testování ve shodě ISO 9001.

Systém ochrany životního prostředí podle ISO 14001.

Evropská shoda. Značka shody CE vám poskytuje jistotu, že naše výrobky jsou v souladu s nejnovějšími směrnicemi EU.

Teplota Teplotní rozsah –190 °C až 600 °C

Technické rozlišení 0.1 K

Teplotní přesnost 0.75 K

Rychlost ohřevu 0.1 K/min až 20 K/min

Rychlost chlazení 0.1 K/min až 30 K/min

Síla Rozsah síly ±0.001 N až ±10 N

Technické rozlišení 0.25 mN

Citlivost 1 mN

PosunRozsah posunu ±1 mm

Technické rozlišení 2 nm

Citlivost 30 nm

TuhostRozsah tuhosti 50 N/m až 105 N/m

Přesnost 0.50%

Tan deltaTan delta rozsah 0.0001 až 50

Technické rozlišení 0.00001

Citlivost 0.0001

FrekvenceFrekvenční rozsah 0.001 Hz až 300 Hz

Technické rozlišení 0.0001 Hz

Přesnost 0.001 Hz

Frekvenční módy • Logaritmický nebo lineární sken • Multi-frequency (sequentially)

Maximální délka vzorkuDélka vzorku 55 mm

Modul Fluid BathTeplotní rozsah –20 °C až 80 °C

Modul Humidity Teplotní rozsah 5 °C až 85 °C

Rozsah vlhkosti 5 % RH až 85 % RH

Schválení

IEC/EN61010-1:2001, IEC/EN61010-2-010:2003CAN/CSA-C22.2 No. 61010-1-04 & -2-010UL Std. No. 61010-1 (2. vydání)IEC61326-1:2005 / EN61326-1:2006 (třída B)IEC61326-1:2005 / EN61326-1:2006 (průmyslové prostředí)FCC, část 15, třída AAS/NZS CISPR 22, AS/NZS 61000.4.3Značka shody: CE

Mettler-Toledo, s. r. o.Třebohostická 2283/2, 100 00 Praha 10 Tel.: +420 226 808 150, Fax: +420 226 808 170Servis: +420 226 808 163, E-mail: sales.mtcz@mt.com

Mettler-Toledo s. r. o.Hattalova 12, 831 03 BratislavaTel.: +421 2 44 44 12 20, 22, Fax: +421 2 44 44 12 23Servis: +421 2 44 44 12 21, E-mail: predaj@mt.com

Technické změny vyhrazeny

Vytištěno v České republice

Slovensko

Česko