O engenheiro de P&D da MTS Byron Saari, P.E. é um especialista em caracterização de materiais, detentor de várias patentes na área. Nesta entrevista, Saari fala sobre análise mecânica dinâmica, ou DMA, que é uma capacidade vital para qualquer equipe de pesquisa focada em elastômeros, polímeros e ligas com efeito de memória de forma.
P: O que é Análise Mecânica Dinâmica?
R: A Análise Mecânica Dinâmica (DMA) é uma técnica de caracterização dinâmica que mede o estresse em função da tensão, ou a força em função do deslocamento. Envolve a aplicação de uma tensão sinusoidal ao material e a medição da tensão resultante. Tipicamente, o DMA também envolve a variação da frequência da deformação e/ou da temperatura do corpo de prova, também conhecida como Análise Térmica Mecânica Dinâmica (DMTA).
P: Qual é o papel que a DMA desempenha no desenvolvimento de materiais elastoméricos?
R: O DMA é muito útil para caracterizar as propriedades e comportamentos dos elastômeros, polímeros e ligas com efeito de memória de forma. Todos estes materiais apresentam amortecimento e podem ser usados em aplicações onde o funcionamento em frequências mais altas é crítico. A DMA fornece aos pesquisadores as ferramentas para estudar os efeitos de amortecimento em grandes detalhes. O DMA permite aos pesquisadores calcular o módulo complexo, o módulo de armazenamento, o módulo de perda e o delta tan de um material. Uma área onde a DMA é utilizada é no desenvolvimento de novos materiais para componentes mais leves, mas que ainda mantêm um alto desempenho, o que é importante em vários segmentos.
P: Descreva alguns dos desafios envolvidos com o DMA.
R: É muito difícil medir o movimento e a força com precisão em altas frequências. A capacidade de medir com precisão a defasagem de fase entre o deslocamento aplicado e a força resultante nestas frequências é um aspecto crítico do DMA. O atraso de fase é crítico, pois diferencia os materiais puramente elásticos dos materiais puramente viscosos. Elastômeros, polímeros e ligas com efeito de memória de forma, todas exibem propriedades viscoelásticas, de modo que caem em algum lugar entre as duas.
P: Como a MTS ajuda os pesquisadores a enfrentar este desafio?
R: O pacote de software MTS DMA ajuda a garantir a medição precisa da fase através de técnicas especializadas de correção dinâmica. Envolve a medição das características de fase dos transdutores de força e movimento, e da eletrônica de condicionamento, e a aplicação de cálculos proprietários para corrigir estes efeitos. Este pacote pode corrigir tanto as características de amplitude quanto as de resposta dinâmica de fase. Ela representa mais de 30 anos de experiência interna em testes de materiais e caracterização dinâmica em muitas aplicações e segmentos diferentes.
P: Quais sistemas oferecem essa capacidade de DMA?
R: A MTS oferece um extenso portfólio de sistemas de teste dinâmico adequados para DMA, variando de 250 kN a 1,25 kN de capacidade de força com resolução de até 0,01 N. Para aplicações de maior força e maior frequência, o pacote DMA está disponível com muitos de nossos sistemas de teste servo-hidráulico, incluindo aqueles especificamente projetados para testes de elastômeros. Sistemas de teste MTS Acumen® são sistemas de teste eletrodinâmicos que realizam uma ampla gama de testes dinâmicos e estáticos de alta fidelidade, também são bem adequados para testes DMA. Câmaras opcionais estão disponíveis quando necessário para Análise Térmica Mecânica Dinâmica (DMTA).
P: Não é mais comum o uso de um sistema de teste DMA dedicado?
R: Anteriormente era sim. Mas muitos pesquisadores, especialmente os das universidades, estão agora sob uma grande pressão para fazer mais com menos. Eles nem sempre têm orçamento para adquirir um sistema de teste para cada tipo de teste. Com o sistema de teste MTS Acumen, os pesquisadores têm a versatilidade de realizar testes DMA e muitos outros testes, todos com um único sistema. Além disso, o sistema de teste MTS Acumen é projetado para medir forças menores e deslocamentos muito pequenos com seus transdutores de força de precisão, configuração de alta rigidez e codificador digital de alta resolução.
P: Por que a gama dinâmica do sistema é importante?
R: Uma das características significativas que os pesquisadores muitas vezes precisam determinar é a temperatura de transição vítrea do material, quando ele passa de uma qualidade dura e "vítrea" para uma qualidade mais suave e "elástica". O teste geralmente envolve a medição do material em seu estado vítreo, aumentando a temperatura de forma controlada e fazendo medições frequentes à medida que o material transita por seu estado elástico. Quando a transição ocorre, o módulo tensão/formação pode mudar por um fator de mil. Para medi-lo com precisão, você precisa de transdutores de deslocamento e força altamente dinâmicos e um sistema de controle robusto.
P: Que outras capacidades DMA o software oferece?
R: O software MTS DMA pode executar sobreposição de tempo-temperatura, ou TTS, de acordo com o modelo Williams-Landel-Ferry (WLF). Este modelo permite aos pesquisadores de materiais gerar curvas mestras que são usadas para extrapolar o comportamento do material em frequências mais altas através de testes a temperaturas mais baixas.
P: Quais indústrias acharão o software DMA mais útil?
R: Não há realmente nenhum limite para sua aplicação, pois é vital para caracterizar qualquer material que exiba amortecimento. Haverá aplicações óbvias em componentes automotivos, biomateriais e engenharia civil. Mas o que é excitante na pesquisa de materiais é sua diversidade. Com a variedade de sistemas que oferecemos, a MTS é capaz de ajudar os pesquisadores de materiais a desenvolver uma solução DMA completa para praticamente qualquer necessidade.
