Die elektrodynamischen Prüfmaschinen von STEP Lab führen DMA-Prüfungen an Proben jeder Größe durch – von kleinen Materialproben bis hin zu Bauteilen – mit Frequenzen von bis zu 1000 Hz und einer präzisen Steuerung von Kraft und Weg.
Die DMA (Dynamic Mechanical Analysis) ist ein Prüfverfahren, mit dem die Eigenschaften eines Werkstoffs in Abhängigkeit von Temperatur, Zeit, Frequenz, Beanspruchung und Umgebung charakterisiert werden. Auf den Prüfkörper wird eine kleine sinusförmige Verformung unter Kraft- oder Wegregelung aufgebracht, und dessen Reaktion wird gemessen.
Aus der Amplitude der Antwort und der Phasenverschiebung lassen sich die typischen Größen des Versuchs ableiten:
Konservierungsmodul (E’)
Der elastische Anteil: die Energie, die das Material zurückgibt.
Verlustmodul (E’’)
Der viskose Anteil: die Energie, die das Material abgibt.
Tan δ
Das Verhältnis zwischen E“ und E‘. Es gibt die Dämpfung an.
Glasübergangstemperatur (Tg)
Sie lässt sich anhand des tan δ-Peaks bei Temperaturänderung bestimmen.
Bis zu 1000 Hz bei UHF-Geräten.
Auch für starre Werkstoffe und Proben mit großem Querschnitt geeignet.
DMA, Ermüdung und andere dynamische Prüfungen.
100 % elektrisch. Ideal für Labore.
UHF-Hochfrequenzgerät
STEP Lab bietet drei Baureihen elektrodynamischer Maschinen für DMA-Prüfungen an: UD, XUD und UHF. Die Wahl hängt vom Material sowie von der erforderlichen Kraft und Frequenz ab.
UD – Frequenzen bis zu 250 Hz
| UD SERIES | UNITS | UD01 | UD04 | UD08 | UD012 | UD025 | UD030 | UD050 | UD100 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Max. Dynamic Force | kN | 0.70 | 4.00 | 8.00 | 12.00 | 25.00 | 30.00 | 50.00 | 100.00 |
| Max. Static Force | kN | 0.54 | 2.90 | 5.80 | 8.70 | 14.50 | 19.20 | 29.00 | 58.00 |
| Max. Test Speed | m/s | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 1.00 | 2.00 | 1.00 | 1.00 |
| Max. Test Frequency | Hz | 125* | 125* | 125* | 125* | 100 | 125* | 100 | 100 |
| Standard Stroke | mm | 80 | 250 | 250 | 250 | 130 | 100 | 130 | 130 |
| Cooling | Air | Air | Air | Air | Water closed circuit | Water closed circuit | Water closed circuit | Water closed circuit | |
| Working Temperature | °C | 5-30 | |||||||
| Facility Requirement | 3PH 400V | ||||||||
XUD – Frequenzen bis zu 600 Hz
| XUD SERIES | UNITS | XUD05 | XUD010 | XUD020 | XUD030 |
|---|---|---|---|---|---|
| Max. Peak Force | kN | 5.5 | 10.4 | 20.5 | 31.2 |
| Max. Dynamic Force | kN | 1.5 | 2.7 | 5.4 | 8.1 |
| Max. Static Force | kN | 1.0 | 2.1 | 4.2 | 6.3 |
| Max. Test Speed | m/s | 6.0 | |||
| Max. Speed at Peak Force | m/s | 4.0 | |||
| Max. Test Frequency | Hz | 600 | |||
| Standard Stroke | mm | 220 | |||
| Working Temperature | °C | 5-30 | |||
| Cooling | Air | ||||
| Facility Requirement | 3PH 400V | ||||
UHF – Frequenzen bis zu 1000 Hz
| UHF Specs | UNITS | UHF04 | UHF010 | UHF020 | UHF025 |
|---|---|---|---|---|---|
| Max. Peak force | kN | 4.40 | 11.10 | 20.75 | 24.75 |
| Max. Dynamic force (Sinusoidal fatigue) | kN | 2.25 | 5.55 | 10.65 | 15.85 |
| Max. Static force | kN | 1.25 | 3.20 | 6.20 | 9.30 |
| Max. Test speed@Peak force | m/s | 5 | 5 | 2.7 | 2.7 |
| Max. Test frequency | Hz | 1000 | 1000 | 600 | 600 |
| Standard stroke | mm | 115 | 115 | 160 | 160 |
| Working temperature | °C | 5-30 | 5-30 | 5-30 | 5-30 |
| Cooling | - | Air | Air | Air | Air |
| Facility requirement | - | 3PH 400V | 3PH 400V | 3PH 400V | 3PH 400V |
| Standard | Materials | Mode / method | Quantity determined | Notes |
|---|---|---|---|---|
| ISO 6721-1 | Plastics | General principles | Definitions and principles shared by all parts of the series | Introductory part |
| ISO 6721-2 | Plastics | Torsion pendulum | Storage and loss components of the torsional modulus versus temperature | Low frequency |
| ISO 6721-3 | Plastics | Flexural vibration, resonance-curve method | Dynamic mechanical properties in flexure | Resonance method |
| ISO 6721-4 | Plastics | Tensile vibration, non-resonance method | Dynamic mechanical properties in tension | Forced vibration |
| ISO 6721-5 | Plastics | Flexural vibration, non-resonance method | Dynamic mechanical properties in flexure | Forced vibration |
| ISO 6721-6 | Plastics | Shear vibration, non-resonance method | Complex shear modulus G* | Typical frequencies from 0.01 to 100 Hz, storage moduli from 0.1 to 50 MPa |
| ISO 6721-7 | Plastics | Torsional vibration, non-resonance method | Dynamic mechanical properties in torsion | Better suited than shear mode for materials above 50 MPa |
| ISO 6721-11 | Plastics | Temperature scan | Glass transition temperature | Tg by DMA |
| ISO 6721-12 | Plastics | Compressive vibration, non-resonance method | Dynamic mechanical properties in compression | Forced vibration |
| ISO 4664-1 | Vulcanized and thermoplastic rubber | General guidance on free and forced vibration methods, for both materials and products | Dynamic properties (stiffness, damping) | Excludes rebound resilience and tests aimed mainly at fatiguing the rubber. 2022 edition |
| ISO 4664-2 | Vulcanized and thermoplastic rubber | Torsion pendulum at low frequencies | Shear modulus and mechanical damping | 0.1 to 10 Hz, very small strains |
| ASTM D4065 | Plastics | General practice for gathering and reporting DMA data | Elastic and loss moduli and transition temperatures versus temperature, frequency or time | 2020 edition |
| ASTM D4092 | Polymers | Terminology | Definitions of terms used in dynamic mechanical measurements | 2021 edition |
| ASTM D5023 | Plastics | Flexure, three-point bending | Dynamic mechanical properties | |
| ASTM D5418 | Plastics | Flexure, dual cantilever beam | Dynamic mechanical properties | |
| ASTM D5026 | Plastics | Tension | Dynamic mechanical properties | |
| ASTM D5279 | Plastics | Torsion | Dynamic mechanical properties | |
| ASTM D4440 | Plastics | Melt rheology | Dynamic mechanical properties of the melt | |
| ASTM E1640 | Amorphous and semi-crystalline materials | DMA | Locating the glass transition region and assigning Tg | For materials with a modulus from 0.5 MPa to 100 GPa. 2023 edition |
| ASTM D7028 | Polymer matrix composites | DMA | Glass transition temperature (DMA Tg) | |
| ASTM D5992 | Vulcanized rubber and rubber-like materials | Guide to vibratory methods: free resonant, forced resonant and forced non-resonant | Stiffness, damping and dynamic modulus | Also applicable to finished products |
| ASTM E1867 | DMA instruments | Calibration | Temperature calibration | 2022 edition |
| ASTM E2254 | DMA instruments | Calibration | Storage modulus calibration | 2024 edition |
| ASTM E2425 | DMA instruments | Verification | Loss modulus conformance | 2021 edition |
Nach Materialart und Probenart
Woraus besteht ein DMA-Test?
Bei einer DMA-Prüfung (Dynamic Mechanical Analysis) wird auf die Probe eine kleine, sinusförmig oszillierende Verformung bzw. Kraft ausgeübt, und deren Reaktion gemessen: die Amplitude und die Phasenverschiebung zwischen Beanspruchung und Verformung. Aus diesen Daten lassen sich der Erhaltungsmodul, der Verlustmodul und tan δ ableiten. Die Prüfung wird unter Variation von Frequenz, Temperatur oder Amplitude durchgeführt, während das Gerät Kraft und Verschiebung regelt.
Welchen Computer brauche ich für einen DMA-Test?
Das hängt von der Kraft, der Frequenz, der Größe des Prüfkörpers und der Prüftemperatur ab. STEP Lab bietet drei Baureihen elektrodynamischer Prüfmaschinen an: UD, XUD und UHF. Die UHF-Modelle erreichen 1000 Hz mit Spitzenkräften von 4,4 bis 24,75 kN; die XUD-Modelle 600 Hz und 31,2 kN und die UD-Modelle 250 Hz und 100 kN. Für Temperaturprüfungen wird außerdem eine Klimakammer benötigt.
Was misst eine DMA-Untersuchung und warum ist sie wichtig?
Ein DMA-Test misst die Steifigkeit des Materials (E-Modul), die von ihm abgegebene Energie (Verlustmodul E“) und die Dämpfung (tan δ) sowie die Glasübergangstemperatur. Dies ist wichtig, da es zeigt, wie sich das Material unter realen Bedingungen verhält: wie sich die Steifigkeit mit der Temperatur und der Frequenz ändert, inwieweit es Schwingungen und Geräusche dämpft und wo es einen Zustandswechsel durchläuft. Es dient der Auswahl und dem Vergleich von Materialien, der Konstruktion von Bauteilen wie Lagern und Buchsen sowie der Qualitätskontrolle.
Welche Arten von DMA-Prüfungen gibt es?
Es gibt drei Hauptmessverfahren. Die Frequenzmessung bei konstanter Temperatur zeigt, wie sich die Moduli mit der Frequenz ändern. Der Temperaturscan bei fester Frequenz identifiziert Übergänge wie die Glasübergangstemperatur (Tg). Der Amplitudenscan überprüft die Linearitätsgrenze und Phänomene wie den Payne-Effekt in gefüllten Kautschuken. Hinzu kommen der Zeitversuch zur Untersuchung von Alterung oder Vernetzung sowie die Masterkurven, die durch die Kombination von Frequenz und Temperatur mit der Zeit-Temperatur-Überlagerung erstellt werden.
Welchen Verformungsmodus sollte ich für den DMA verwenden?
Das hängt vom Material, von der Form des Prüfkörpers und davon ab, wie das Werkstück später eingesetzt wird. Die Zugprüfung eignet sich für Folien, Fasern und dünne Prüfkörper. Die Druckprüfung für zylindrische Prüfkörper, Schaumstoffe und Elastomere. Der Scherversuch eignet sich für weichere Materialien: Die Norm ISO 6721-6 gibt Speichermoduli zwischen 0,1 und 50 MPa an und empfiehlt den Torsionsversuch für steifere Materialien. Der Biegeversuch (Dreipunkt- oder Doppel-Cantilever-Biegeversuch) eignet sich für harte Kunststoffe und Verbundwerkstoffe. Es empfiehlt sich, die Prüfmethode zu wählen, die dem tatsächlichen Einsatz am nächsten kommt, da unterschiedliche Prüfmethoden zu Ergebnissen führen können, die nicht direkt miteinander vergleichbar sind.
