Análisis mecánico diferencial

El análisis mecánico dinámico conocido por sus siglas en inglés como DMA.Este estudio es importante para la comprensión de la mecánica de materiales poliméricos utilizados como hules, fibras textiles, empaques, plásticos, espumas y diferentes compuestos.DMA utiliza el principio de estímulo-respuesta, para ello una fuerza oscilante es aplicada a la muestra y el desplazamiento resultante es medido, la rigidez de la muestra puede ser determinada y el módulo de la muestra puede ser calculado.Los materiales viscoelásticos como los polímeros existen típicamente "en dos estados", es decir, muestran propiedades vítreas con un módulo considerablemente alto a bajas temperaturas y un estado ahulado, con un módulo relativamente bajo a temperaturas altas.La transición vítrea dinámica, análoga a la transición vítrea térmica (Tg) provee de datos más útiles para el estudio de los polímeros, puede ser utilizada para investigar la frecuencia (y con las transformaciones matemáticas adecuadas, también el tiempo) en dependencia de la transición.Relajaciones secundarias como la transición β también pueden ser obtenidas para muchos materiales viscoelásticos mientras que por DSC no es posible.Los primeros intentos de realizar un estudio oscilatorio fueron hechos por Poyting en 1909.[2]​ Algunos equipos comerciales fueron vendidos desde 1950 como el Weissenberg rheogoniometer y el Rheovibron.recopiló en su libro de texto las teorías disponibles sobre DMA y DEA,[4]​ los instrumentos desarrollados en esta etapa eran difíciles de utilizar, lentos, limitados y tenían baja resolución.Diversos fenómenos relacionados con este análisis no han sido completamente entendidos y siguen en investigación.Diversas teorías han tratado de explicar estos fenómenos como la del Profesor Wagner.Otros factores influyen directamente en el comportamiento mecánico dinámico de los materiales viscoelásticos como son temperatura, tiempo, frecuencia, presión, tipo de deformación, humedad, agentes corrosivos y oxidantes, coalescencia y degradación del material.Existen tres tipos de vibraciones utilizadas comúnmente por DMA:Para cualquier punto de la curva obtenida, el esfuerzo aplicado es descrito como sigue:Donde: Además del estrés dado por σ = σ0 sin ωt, también es posible obtener la relación de esfuerzo con respecto al tiempo que viene dada por:Los límites externos del material correspondientes a los comportamientos "Elástico" y "Viscoso" son sumados y proveen al material de la propiedad llamada viscoelasticidad.Tradicionalmente se realiza este experimento (creep) con DMA en el rango deEn este experimento se aplica un estrés constante y súbitoprogramado durante un tiempo previamente decidido, el cual ocasiona una deformacióncomo respuesta, mostrando siempre un lapso entre estrés y deformación, es posible medir la respuesta del material a los esfuerzos y el tiempo que este necesita para relajarse.Este es un experimento poco común en DMA, el cual consiste en aplicar una deformación constante y súbitaprogramada y es medida la respuesta del estrés, el cual tiende a disminuir con el tiempo, esta disminución del estrés da su nombre al experimento y por ello se conoce como proceso de relajación; las macromoléculas tienen la capacidad de tomar configuraciones de menor energía y si los enredos se lo permiten buscan reacomodarse obteniendo una ganancia de entropía.También es conocido como método estándar del análisis mecánico diferencial.En este experimento para condiciones lineales se obtienen dos curvas lineales paralelas a través del tiempo donde la tasa de deformación es el programa aplicado a la muestra y el estrés resultante es la respuesta del material.La experimentación con DMA tiene como objetivo el entender el comportamiento viscoelástico de materiales poliméricos para caracterizar sus propiedades prácticas.Experimentos dinámicos: Las curvas maestras son construida de manera que es prácticamente imposible realizar un estudio en todos los rangos de frecuencias posibles.Esto es posible debido a que existe una equivalencia entre el tiempo y la frecuencia y la temperatura, Leaderman[5]​ descubrió en 1943 que los datos obtenidos para polímeros a una temperatura podrían ser superpuestos (acoplados) a datos obtenidos a otras temperaturas simplemente recorriendo horizontalmente (en algunas excepciones también verticalmente) las curvas correspondientes en la escala logarítmica de tiempo.El factor de desplazamiento (horizontal) no es fijo aunque normalmente es constante para cada polímero y es llamado aT. Una de las ecuaciones más famosas para describir la relación entre estos ajustes es la llamada ecuación WLF (por Williams-Landel-Ferry[6]​) Ecuación WLF:Módulos y Conformidades pueden ser expresados como una suma de decaimientos exponenciales (o pasos).Donde el elemento de Maxwell es representado por: Un resorte unido en serie con un pistón.