L’analyse mécanique dynamique (DMA) mesure les propriétés mécaniques des matériaux en fonction de la température, du temps et de la fréquence. Elle applique une contrainte ou déformation sinusoïdale à l’échantillon et enregistre la réponse résultante, séparant les composantes élastique et visqueuse du comportement du matériau.
Le module de conservation (E’ ou G’) représente la composante élastique et décrit la capacité du matériau à stocker l’énergie. Le module de perte (E’’ ou G’’) représente la composante visqueuse et décrit l’énergie dissipée sous forme de chaleur. Le rapport du module de perte sur le module de conservation est le facteur d’amortissement, tan δ. Un matériau purement élastique a un tan δ de zéro, tandis qu’un matériau purement visqueux a une valeur infinie.
Les instruments DMA appliquent une déformation dans divers modes incluant la flexion double cantilever, la flexion simple cantilever, la flexion trois points, la traction, la compression et le cisaillement. Le choix dépend de la rigidité et de la géométrie de l’échantillon. Pour les matériaux mous comme les élastomères et les gels, les modes de cisaillement ou de compression sont préférés. Pour les thermoplastiques rigides et les composites, les modes de flexion sont appropriés.
La température de transition vitreuse apparaît comme un pic dans tan δ et une chute brutale du module de conservation. Les transitions sous-thermiques incluant les relaxations bêta et gamma sont associées aux mouvements des chaînes latérales et aux mouvements segmentaires locaux. Le plateau caoutchoutique au-dessus définit la densité de réticulation dans les élastomères. La fusion cristalline et la cristallisation sont observées comme des changements de module.
Les balayages en fréquence à température constante sondent le comportement dépendant du temps du matériau. Le principe de superposition temps-température construit des courbes maîtresses couvrant plusieurs décades de fréquence à partir de mesures à plusieurs températures. Les expériences de fluage et de relaxation de contrainte fournissent des informations supplémentaires sur le comportement viscoélastique.
La DMA est essentielle pour la caractérisation des composants automobiles, des composites aérospatiaux, des adhésifs, des revêtements et des polymères biomédicaux. Elle détecte les changements de formulation, le comportement de durcissement et la dégradation. Les instruments modernes combinent la DMA avec l’analyse diélectrique ou la spectroscopie Raman pour une caractérisation multimodale.
