Die dynamisch-mechanische Analyse (DMA) misst die mechanischen Eigenschaften von Materialien als Funktion von Temperatur, Zeit und Frequenz. Sie wendet eine sinusförmige Spannung oder Dehnung auf die Probe an und zeichnet die resultierende Reaktion auf, wobei die elastischen und viskosen Komponenten des Materialverhaltens getrennt werden.
Der Speichermodul (E’ oder G’) repräsentiert die elastische Komponente und beschreibt die Fähigkeit des Materials, Energie zu speichern. Der Verlustmodul (E’’ oder G’’) repräsentiert die viskose Komponente und beschreibt die als Wärme dissipierte Energie. Das Verhältnis von Verlust zu Speichermodul ist der Dämpfungsfaktor tan δ. Ein rein elastisches Material hat einen tan δ von null, während ein rein viskoses Material einen unendlichen Wert hat.
DMA-Instrumente wenden Verformung in verschiedenen Modi an, darunter Doppel- und Einzelfreiarm-Biegung, Drei-Punkt-Biegung, Zug, Druck und Scherung. Die Wahl hängt von der Probensteifigkeit und -geometrie ab. Für weiche Materialien wie Elastomere und Gele werden Scher- oder Kompressionsmodi bevorzugt. Für starre Thermoplaste und Verbundwerkstoffe sind Biegemodi geeignet.
Die Glasübergangstemperatur erscheint als Peak in tan δ und ein steiler Abfall im Speichermodul. Sub-thermische Übergänge einschließlich β- und γ-Relaxationen sind mit Seitenkettenbewegungen und lokalen Segmentbewegungen verbunden. Das darüber liegende Kautschukplateau definiert die Vernetzungsdichte in Elastomeren. Kristallines Schmelzen und Kristallisation werden als Moduländerungen beobachtet.
Frequenzdurchläufe bei konstanter Temperatur untersuchen das zeitabhängige Verhalten des Materials. Das Zeit-Temperatur-Superpositionsprinzip konstruiert Masterkurven über viele Dekaden der Frequenz aus Messungen bei mehreren Temperaturen. Kriech- und Spannungsrelaxationsexperimente liefern zusätzliche Informationen über das viskoelastische Verhalten.
DMA ist kritisch für die Charakterisierung von Automobilkomponenten, Luftfahrtverbundwerkstoffen, Klebstoffen, Beschichtungen und biomedizinischen Polymeren. Sie erkennt Formulierungsänderungen, Aushärtungsverhalten und Degradation. Moderne Instrumente kombinieren DMA mit dielektrischer Analyse oder Raman-Spektroskopie für eine multimodale Charakterisierung.
