DMA动态热机械分析仪的选择
动态热机械分析仪DMA是材料测试分析应用中应用范围最广的一种设备，像弹性体、塑料、陶瓷、建材、金属、纸张、涂料油漆等膏状体、流体等等。尤其在弹性体研究领域，DMA测试有着不可替代的作用。但是目前市面上有多种DMA，其力值范围大小、可测试频率范围高低、机架刚度等均有差异，我们在
设备选型的时候带来很多困惑-什么样的DMA才真正满足我们的应用？尤其
对于目前科研主流的阻尼性材料和轮胎领域的橡胶动态热分析仪研究，我们稍作探讨。
在DMA的重要指标里，不同DMA之间差异主要机架刚度设计、力值范围
和频率范围、位移范围、温度范围及速率控制等。
1、力值的选择：DMA不像万能材料试验机，弹性模量高的材料并不意味
着需要大力值。应根据具体情况而定。但也并不是小载荷就能满足我们的应用。载荷太小，势必被测试样也要求过小，这种试样的边界条件就会对测试结果有很大的影响，如试样的表面粗糙度、表面状态、试样形状、材料特性（纤维、晶须、颗粒复合材料）等。根据研究表明，由于橡胶材料在玻璃化转变前后的模量变化最大（有时能达到7个数量级的变化），橡胶材料需要的力值范围最大（通常建议最好5个数量级以上），尤其目前某些行业应用于阻尼减震等领域的特种硅氟橡胶，其玻璃化转变温度几乎能达到-100°C，高温耐受程度也优于常规橡胶，在
进行此类测试有时可能需要进行-120°C~120°C的大范围的温度扫描，在这个过程中其力值变化要跨越数个数量级，这就要求测试设备必须有大的力值范围。比如，最大力值为500N，最小力值应小于0.005N。所以，DMA要求的是一个力
值范围，而不是一个力值。在-0.005N到0.005N的区间，精度范围较低（各
厂家都应提供这个测试盲点范围）。而在厂家表明的力值范围内（0.005到500N），精度较高。所以我们在选择DMA的力值时，更应关注力值范围。尤其是最小力
值能达到什么样的数量级。对于橡胶、金属、复合材料等，根据我们的具体应用，可以选择100~200N左右就够用了。较小力值的DMA，由于受其最小力值限制，在测试橡胶类的宽模量样品时无法同时兼顾高低温，略显不足（目前市场上DMA 测试最小力值最好的测试最小力值能达到0.001N，像Metravib公司的DMA系列）；当然更高力值的DMA会更好，但价格会贵很多。
图1弹性体温度扫描测试
图2弹性体应变扫描测试
2、刚度范围的选择：有了宽的力值范围，也并不意味着能有好的测试结果。力值越大，对机架的刚度要求就越高。而高的机架刚度不仅取决于机架所用材料，而且取决于机架设计结构、夹具结构和固定方式等。ISO6721等国际标准中明确规定，夹具的一端必须固定，以确保整个测试环的刚度。双向加载结构并不符合ISO6721等相应国际标准的规定。因此，我们在选择宽力值DMA时，也应关注夹具和机架刚度及机架结构。
在橡胶机械性能中，人们感兴趣的一个最重要的区域是玻璃化转变(TG)区—很低的温度区，此时橡胶胶料具有极高的模量。视试样的几何结构，试样的刚度可能达到极高的值，接近于DMA仪器自身的刚度值。DMA的机械顺从性是仪器的主要特性；与仪器获取受试试样相关信息的能力直接相关。DMA永远无法正确测试刚度比DMA机械框架自身刚度还要高的试样。及时的提醒和恰当的刚度校正是获取可靠数据的主要因素。如果在操作条件下可以接受10%的刚度校正，100%的校正就没有意义；这种试验不能再称为测量了。尽管如此（这种情况并不常见），由于一些DMA制造商想让用户感到DMA的使用很容易，所以就采用了一种‘黑箱软件’。这种软件可方便用户的使用，使测试数据看起来也很圆润漂亮，但实际上存在最终数据很可能不精确的问题。市场上的大多数仪器都不太关注这种现象；甚至有些使用这种仪器的工业实验室还未意识到这种问
题。从图3可以看出，仪器刚度校正可能对模量值(G’)、tanδ值，以及玻璃化转变(TG)都有重要的影响。此外，所观察到的两个同类DMA仪器之间的刚度变化对两仪器间的粘弹数据比较会有巨大的影响。这样的话，在同一研究组内使用不同DMA仪器的研发团队就会产生问题。
3、频率的选择：和力值选择一样，根据我们的应用选择最适合于我们的频率范围。我在这里又提到频率范围，而不是最高频率。如果我们的应用是和振动/噪音有关（阻尼材料、减震材料、隔音材料、轮胎等）、或者被研究的材料粘弹性在较大的频率范围体现，那么我们当然要选择频率范围宽的DMA。因为我们的耳朵能够听到最高大约15000Hz左右的声音。即使我们采用WLF时温等效
的方法外推到高频，更高的实测频率也更能保证外推的精度。目前，市场上的DMA的最低频率为0.00001Hz，最高频率为1000Hz。如有特殊的高频应用，
有10000Hz的超高频DMA。
另外，仪器的最高频率也受仪器机架刚度及机架设计影响。
4、温度的选择：大部分DMA都可以从低温做到高温。一般来讲，最大变
温速率取决于试样的大小。由于DMA测试不同于常规的热分析测试仪器，其测试时力求样品内外温度整体一致。这就要求试样越大，要求变温速率就越低，以便试样内外温度一致，像平面剪切测试，一般变温速率控制在1~2°C/min。通常，虽然温度箱的变温能力很强，但我们应控制的最大变温速率通常为5度/分钟到10度/分钟以内。
5、位移的选择：一般的DMA都可以做到动态和静态位移±1um~±6000um，基本都能满足用户的需求，但是要保证应变控制幅值平缓，不过冲，以防破坏样品，另外对于拉压模式测试，仪器有自动拉伸功能更能保证测试准确性。
另外，如果我们主要对各种橡胶材料进行研究，还应该让各仪器供应商提供‘在单次试验中能够测量的模量最大变化范围’。像前面所提到的，有些材料的模量可能会有高达7个数量级的变化。
全球最先进动态热机械分析仪 MICOFORCE 米力光 动态热机械分析仪DMA可以测量的材料范围非常的宽。如：弹性体、热塑性塑料、热固性流体、复合材料、涂料和胶粘剂、陶瓷、金属等。特别是高分子材料方面应用最为广泛，由于其粘弹本质，其机械性能具有温度和频率的依赖性。DMA测量的材料性能包括：模量、阻尼、玻璃化温度、软化温度、固化速率和固化度、粘度、凝胶点、吸声性和抗冲击性、蠕变、应力松弛等性能。橡胶动态热机械分析仪DMA，复合材料动态热机械分析仪DMA，金属动态热机械分析仪DMA,陶瓷动态热机械分析仪DMA.橡胶动态热机械分析仪可以用于聚氨酯、生胶, 母胶和混炼胶、天然橡胶、丁腈橡胶、未硫化橡胶、硫化橡胶、环保油丁苯橡胶、充芳烃油丁苯橡胶、锡偶联溶聚丁苯橡胶、塑性丁苯橡胶、反式异戊橡胶釜内合金TPIR、乳聚丁苯橡胶ESBR、溴化丁基橡胶BIIR、和子午线轮胎的动态弹性模量 BOSE Electroforce DMA是目前国际上动态力和静态力最高的、变范围应最宽、温度范围最大的材料动态热机械分析仪，适用于塑料、橡胶、复合材料、纤维、陶瓷、金属、食品、医药、轮胎、航空航天特种材料等众多高端科研领域。BOSE 公司是世界500强公司，采用了全世界最先进的电磁驱动技术，把静态力和动态力做到最高，使得仪器拥有无与伦比的驱动控制能力和测试精度，测试数据重复性特别好。 通过dma测试，可以得到材料的动态模量、损耗角、阻尼等动态粘弹性能，考察材料的动态性能随温度、频率、时间的依赖关系，了解材料的组成和内部结
构信息，指导材料配方设计和新材料研发。由于材料动态力学测试的目的是要考察试样的微观内部结构和组成对材料实际宏观应用性能的影响，因此一款高性能和高精度的动态力学分析仪是十分必要的，而dma则是您的最佳选择！ 由于Electroforce3550的动态力高，因此，除了常规的塑料树脂类材料测试外，还擅长测试各种金属、橡胶、弹性体、高强度复合材料、金属陶瓷等的动态拉伸、压缩、剪切等动态力学性能。 主要特点： 力值高，不仅满足常规聚合物塑料测试，更满足橡胶弹性体、金属陶瓷等各类材料的动态测试需要，最高力值15KN. 应变大，高应变范围，适合弹性体的动态拉伸应变、疲劳动态测试,，最大位移50mm. 一个电机控制，动态测试更稳定，性能更强大。 可配置各种脉冲动态载荷，例如轮胎脉冲、三角波、矩形波等类型的载荷，模拟实际力学状态。 世界500强制造，质量可靠。 技术参数： 动态力最高15000N，静态力高达10000N； 应变范围达50mm； 低温－150°C，高温可达1500摄氏度；
动态热机械分析测试 一、实验目的 1.熟悉动态力学分析仪（DMA）的的使用方法和工作原理，了解不同样品的测试方法和 手段。 2.通过聚合物PP 动态模量和力学损耗与温度关系曲线的测定，了解线性非结晶聚合物不 同的力学状态。 3.掌握玻璃化转变温度Tg 的求取并根据曲线得出一些结论，分析材料的热力学性质。 二、实验原理 动态热机械分析仪是研究物质的结构及其化学与物理性质最常用的物理方法之一，分析表征力学松弛和分子运动对温度或频率的依赖性，主要用于评价高聚物材料的使用性能、研究材料结构与性能的关系、研究高聚物的相互作用、表征高聚物的共混相容性、研究高聚物的热转变行为等。主要包括：①高聚物的玻璃化转变以及熔融行为；②高聚物的热分解或裂解以及热氧化降解；③新的或未知高聚物的鉴别；④释放挥发物的固态反应及其反应动研究；⑤高聚物的吸水性和脱水性研究，以及对水、挥发组分和灰分等的定量分析；⑥高聚物的结晶行为和结晶度；共聚物和共混物的组成、形态以及相互作用和共混相容性的研究。 所谓动态力学是指物质在交变载荷或振动力的作用下发生的松弛行为，所以DMA 就是研究在程序升温条件下测定这种行为的方法，高聚物是一种粘弹性物质，因此在交变力的作用下其弹性部分及粘性部分均有各自的反应，而这种反应又随温度的变化而改变。高聚物的动态力学行为能模拟实际使用情况，而且它对玻璃化转变、结晶、交联、相分离以及分子链各层次的运动都十分敏感，所以它是研究高聚物分子运动行为极有用的方法。 如果施加在试样上的交变应力为ζ，则产生的应变为ε，由于高聚物粘弹性的关系，其应变将滞后于应力，则ε、ζ分别以下式表示： ε=ε0exp iωt ζ=ζ0exp i(ωt+δ) 式中ε0、ζ0——分别为最大振幅的应变和应力； ω——交变力的角频率；δ——滞后相位角。 i=-1，此时复数模量：E*=ζ/ε=ζ0/ε0exp iδ=ζ0/ε0(cosδ+i sinδ)=E’+i E’’ 其中E’=ζ0/ε0 cosδ为实数模量，即模量的储能部分，而E’’=ζ0/ε0 sinδ表示与应变相差丌／2的虚数模量，是能量的损耗部分。另外还有用内耗因子Q-1 或损失角正切tanδ来表示损耗，即Q-1=tanδ=E’’/E’（或tanδ=G’’/G’， G 为切变模量）。
DMA动态热机械分析仪的选择 动态热机械分析仪DMA是材料测试分析应用中应用范围最广的一种设备，像弹性体、塑料、陶瓷、建材、金属、纸张、涂料油漆等膏状体、流体等等。尤其在弹性体研究领域，DMA测试有着不可替代的作用。但是目前市面上有多种DMA，其力值范围大小、可测试频率范围高低、机架刚度等均有差异，我们在 设备选型的时候带来很多困惑-什么样的DMA才真正满足我们的应用？尤其 对于目前科研主流的阻尼性材料和轮胎领域的橡胶动态热分析仪研究，我们稍作探讨。 在DMA的重要指标里，不同DMA之间差异主要机架刚度设计、力值范围 和频率范围、位移范围、温度范围及速率控制等。 1、力值的选择：DMA不像万能材料试验机，弹性模量高的材料并不意味 着需要大力值。应根据具体情况而定。但也并不是小载荷就能满足我们的应用。载荷太小，势必被测试样也要求过小，这种试样的边界条件就会对测试结果有很大的影响，如试样的表面粗糙度、表面状态、试样形状、材料特性（纤维、晶须、颗粒复合材料）等。根据研究表明，由于橡胶材料在玻璃化转变前后的模量变化最大（有时能达到7个数量级的变化），橡胶材料需要的力值范围最大（通常建议最好5个数量级以上），尤其目前某些行业应用于阻尼减震等领域的特种硅氟橡胶，其玻璃化转变温度几乎能达到-100°C，高温耐受程度也优于常规橡胶，在 进行此类测试有时可能需要进行-120°C~120°C的大范围的温度扫描，在这个过程中其力值变化要跨越数个数量级，这就要求测试设备必须有大的力值范围。比如，最大力值为500N，最小力值应小于0.005N。所以，DMA要求的是一个力 值范围，而不是一个力值。在-0.005N到0.005N的区间，精度范围较低（各 厂家都应提供这个测试盲点范围）。而在厂家表明的力值范围内（0.005到500N），精度较高。所以我们在选择DMA的力值时，更应关注力值范围。尤其是最小力 值能达到什么样的数量级。对于橡胶、金属、复合材料等，根据我们的具体应用，可以选择100~200N左右就够用了。较小力值的DMA，由于受其最小力值限制，在测试橡胶类的宽模量样品时无法同时兼顾高低温，略显不足（目前市场上DMA 测试最小力值最好的测试最小力值能达到0.001N，像Metravib公司的DMA系列）；当然更高力值的DMA会更好，但价格会贵很多。
动态热机械法（DMA） 内容摘要:动态热机械法的原理和动态热机械分析仪，以及DMA在高聚物、复合材料、木材等材料研究领域中的应用． 关键词：原理；DMA分析仪；高聚物；复合材料 一、引言 动态热机械分析技术DMA (Dynamic Mechanical Analysis)是在程序控制温度下,测量物资在振动负荷下的动态模量或力学损耗与温度关系的技术。DMA是测定高分子材料的各种转变,评价材料的耐热性、耐寒性、相容性、减震阻尼效率及加工工艺性能等的一种简便的方法,并为研究高分子的聚集态结构提供信息。由于高分子的玻璃化转变、结晶、取向、交联、相分离等结构变化都与分子运动状态的变化密切相关,而分子运动的变化又能在动态力学性能上灵敏的反映,因此,动态力学分析是研究高分子结构变化-分子运动-性能的一种有效手段。对于研究高分子材料科学与材料工程方面有着重要的指导意义。 二、DMA的原理 众所周知,高分子具有粘弹性,在适当的条件下,会发生滞后现象,当施加交变应力,应变会滞后一个相位角?。这种滞后与其本身的化学结构有关,更是与外界条件的作用有关。DMA技术把材料粘弹性分为两个模量：一是储能模量E′，E′与试样在每周期中贮存的最大弹性成正比，反映材料粘弹性中的弹性成分，表征材料的刚度；二是损耗模量E″，E″与试样在每周期中以热的形式消耗的能量成正比，反映材料粘弹性中的粘性成分，表征材料的阻尼。材料的阻尼也称力学内耗(Damping of materials)，用Tan δ表示，材料在每周期中损耗的能量与最大弹性贮能之比，等于材料的损耗模量E″与贮能模量E′之比。当应变为Ε( t) =Ε sinΞt时,由于应力比应领变先一个相位角?δ。故 其中， ω是角频率， δ是相位角， 是应力峰值， ζ ε 是应变峰值。
1热机械分析 TMA（thermomechanical analysis）热机械分析： 在加热过程中对试样进行力学测定的方法称为热—力法或热机械分析根据测定内容，热-力法可分为静态法和动态法两种。 1.静态热-力法 静态热—力法是对物质施加一定的负荷，测定其形变大小的方法。最初采用针入度法，用针状压杆触及试样，并施加负荷，随着温度上升到某一温度时，针状压杆急剧变动，此温度即作为试样的软化温度点。 如果在棒、膜或丝状试样的延伸方向施以力偶使之旋转，可以测定因温度变化而引起的模量变化。 采用拉伸法，也可以测定薄膜、纤维等物质的软化温度或热收缩参数等。因此可以根据使用条件，任意选取测定方法。 2.动态热-力法 动态力学测定可以确定贮能弹性模量和弹性损耗能量。如果能测定这两种物理量对频率的关系，可进行更详尽的热分析。 所属实验项目热机械分析（TMA）法测定塑 料的转变温度教材名称热机械分析（TMA）法测定塑料的 转变温度 教材简介 关键词制作日期2007-05-23 联系电话联系信箱 联系人课件是否完整播 放 精选内容 一、实验目的： 1、了解热机械分析的原理及方法，并测定有机玻璃的形变－温度曲线。 2、从形变－温度曲线了解聚合物的物理状态，并测定其玻璃化温度和粘流温度。 二、实验原理： 热机械分析是在等速升温下，测量样品由于温度变化所引起的模量或形变随温度变化的试验。本实验装置所画出的是形变－温度曲线。 形变－温度曲线的形状与升温速率，载荷大小及量程选择等实验条件有关。当这些参数都选定
之后，则仅仅与材料的组成、高分子的结构及聚集态结构有关。无定形线型聚合物的形变－温度曲线的基本形态如图1所示。随着温度的升高，聚合物分子中的原子振动，各基团的振动、转动以及分子链上的局部运动加剧使材料内部的自由体积增加。当自由体积达到2.5％左右时，分子链段能互移动，但整个分子链仍不能相互移动，于是材料从玻璃态转变到似革态。这一转变称为玻璃化转变。随着温度和链段活动性的进一步提高，聚合物材料进入高弹态。如果其分子量很大，且能在分子间形成较多的缠结或聚合物发生了化学交联，则这种橡胶平台区能延伸到很宽的温度范围。对于线型聚合物，随着温度的继续升高，不但链段运动更加剧烈，而且整个分子链也能够在应力作用下相互移动，这就导致聚合物进入粘性流动状态。有人还进一步把这种状态细分为橡胶流动和液体流动两段。这后一段，对塑料的成型加工极为重要。 温度 玻璃态 玻璃化转变 橡胶平台 区（高态态） 图1 无定形线型聚合物的形变－温度曲线示意图 即使是同一种聚合物，由于分子量的不同或支化、交联等情况的不同，曲线的形状也会不同。此外，还与聚集态结构或增塑剂的增加有关。聚合物结晶以后，曲线的形状要发生变化。结晶程度不同，曲线的形状也不相同。由此观之，TMA实验可以提供不少关于聚合物结构特点的信息。 三、实验设备： 1、热机械分析仪一台； 2、SWK-4C型数字温度控制仪一台； 3、WYJ晶体管稳压电源一台； 4、LZ3系列函数记录仪一台； 5、分压器一个； 6、基线校准用补偿线路一个。 四、实验步骤： 1、熟悉热机械曲线仪的构造及操作规程，其中包括SWK-4C型温度控制仪及LZ3系列函数记录仪的操作方法。 2、测量样品尺寸，并把样品放入样品池，装好压料杆（共有三节），加上所需砝码（本实验用三砝码，共658克），折合样品受力25kg/cm2。 3、将测量热电偶放入指定的孔内，至此，实验准备工作完毕。经实验教师检查合格后，可进行下操作。 4、按X-Y记录仪操作程序台上电源。打开直流电源开关（即WY-J晶体管稳压电源），输出电压控制为27V。接着将X-Y记录仪的X轴量程置于0.5mv/cm档，Y轴量程置于1mv/cm档。然后打开X-Y记录仪开关。旋转调另电位器，使记录笔位置停留在X=5cm，Y=5cm处。放下记录笔。 5、按照SWK-4C型温度控制仪的操作程序，合上电源（调压器在180V）启动仪器。按每分钟2?
动态热机械分析测量玻璃化温度 介绍 玻璃化转变温度是高分子材料使用的一项重要技术标准。合成橡胶的应用范围通常局限于明显高于玻璃化转变温度的温度，以确保形变行为远离焓变。 然而，高分子的玻璃化转变温度大部分取决于频率，并且合成橡胶的变形常常与时间长短有关（例如，密封、轮胎表面等）。这表明在静态环境下（例如，使用D S C）测量的玻璃化转变不能很好的表征动态应力材料在低温下的行为。 通过施加定期应力的方法测量玻璃化转变可以确定动态应力弹性材料的温度限制。测量频率当然应该与实际受到应力的化合物的频率相一致。 如果不能进行这样的测量，例如频率显著高于或低于仪器的测量范围，则可以根据时间-温度重叠原理外推出玻璃化转变温度。通过WLF的半经验式或Vogel-Fulcher等式可以得到玻璃化转变温度与测量频率间的定量关系。本文从温度相关性和频率相关性的剪切模量测量中测定了部分橡胶（NR、BR、SBR、NBR、IIR）的频率与时间的试验关系。使用WLF半经验式或Vogel-Fulcher等式进行时间-温度重叠原理的定量描述。 样品和样品准备 准备频率相关性和温度相关性测量的样品，在80oC下用2 M Pa的力将高分子原材料压制成2-mm厚的薄片。在每次测量时，将DMA双夹层样品架使用的两个直径6-mm的圆筒从薄片中穿孔压过。用梅特勒-托利多的DMA/SDTA861e动态机械分析仪对NR（天然橡胶）、BR（聚丁二烯橡胶）共聚物、SBR、NBR、EPDN和IIR共聚物进行动态机械测量。 测量和结果 首先，测量每 个样品的复合 剪切模量与温 度间的关系。 为此，先将高 分子原材料完 全冷却至玻璃 化转变温度以 下，然后在1K/ min的加热速率 下（升温至 100oC），用五 种频率（1Hz、 10Hz、100 Hz、 300Hz和1000 图1：不同频率下VSL5025-0（含25%苯乙烯+50%乙烯基的L-SBR）温度相关性的测量H z）测量复合 模量。图1显示的是从含25%苯乙烯+50%乙烯基（在1、2位置的聚丁烯）的水溶聚合丁苯橡胶（L-S B R）的温度相关性测量中获得的曲线。从温度最大损耗模量中可以测定玻璃化转变温度。正如预期的，玻璃化转变温度随着测量频率的增加而增加。