什么是动态力学分析?
Andy Simon
July 09, 2024
引言
动态力学分析 (DMA) 是一种热分析技术,用于测量材料在周期性应力下变形时的机械性能。DMA 通常用于确定聚合物、复合材料和其他材料的粘弹性行为。
动态力学分析 (DMA) 如何工作的?
DMA 通过对样品施加振荡力并测量其响应来测量材料的机械性能。该技术可确定材料的刚度和阻尼特性,二者分别表示为储能模量 (弹性响应) 和损耗模量 (粘性响应)。DMA 还可测量材料的损耗角正切 (即损耗模量与储能模量的比值),进而深入了解材料的阻尼特性。
为什么动态力学分析非常重要?
动态力学分析之所以重要,是因为它提供了有关材料的机械性能的关键信息,这些信息对于了解材料在不同条件下的性能和行为至关重要。这些信息对于聚合物、复合材料和其他广泛应用的材料的研发和质量控制尤其具有价值。
动态力学分析 (DMA) 应用
DMA 用于多种行业和应用,包括:
- 聚合物和塑料:DMA 用于研究聚合物和塑料的玻璃化转变温度、粘弹性行为和机械性能。这些信息对于了解这些材料的加工和性能特征至关重要。
- 复合材料:DMA 用于评估复合材料的机械性能,包括不同组件之间的界面粘附和整体机械性能。这些信息对于设计和研发高性能复合材料非常重要。
- 制药:DMA 用于研究药物配方的机械性能,包括赋形剂和活性药物成分的粘弹性行为。这些信息对于了解医药产品的加工和性能特征非常重要。
- 食品检测:DMA 用于研究食品的粘弹性行为,包括各种配方的质地和稳定性。这些信息对于了解食品的加工和性能特征非常重要。
- 粘合剂和涂料:DMA 用于评估粘合剂和涂料的机械性能,包括粘弹性行为和力学性能。这些信息对于高性能粘合剂和涂料的研发和质量控制非常重要。
动态力学分析 (DMA) 仪器
DMA 仪器通常由以下组件组成:
- 样品支架:样品支架用于固定被测材料。它可以配置为多种变形模式,包括拉伸、压缩、弯曲和剪切。
- 振荡力发生器:该组件向样品施加受控振荡力,以使样品变形。
- 位移传感器:位移传感器测量材料对施加力的响应,从而计算机械性能,如储能模量、损耗模量和损耗角正切。
- 温度控制系统:温度控制系统可精确调节样品的温度,进而可在较大的温度范围内研究材料性能。
- 数据采集和分析软件:该软件收集和分析来自 DMA 仪器的数据,提供有关材料机械性能和行为的详细信息。
Discovery DMA 850
Discovery DMA 850 是一款高性能 DMA 仪器,专为高级材料的表征而设计。其特点如下:
- 温度范围广,从 -150°C 到 600°C。
- 多种变形模式,包括拉伸、压缩、弯曲和剪切。
- 具有高灵敏度和高分辨率,可精确测量粘弹特性。
- 先进的数据采集和分析软件,可对材料进行全面评估。
RSA-G2 固体分析仪
RSA-G2 固体分析仪是一款用于测量固体材料流变特性的先进仪器。它具有以下特点:
- 先进的电机和传感器技术,可实现精确控制和测量。
- 配有多种测试夹具,包括平行板、锥板和扭转板。
- 高温功能,可用于研究各种热条件下的材料。
- 全面的软件,可进行详细的流变分析。
ElectroForce DMA 3200
ElectroForce DMA 3200 是一款多功能动态力学分析仪,可提供:
- 电磁致动器,可精确控制力和位移。
- 宽频率范围,用于研究不同动态条件下的材料。
- 可在多种变形模式下进行测试,包括拉伸、压缩和弯曲。
- 用于数据采集和分析的高级软件。
ElectroForce 3550
ElectroForce 3550 是一款坚固耐用、用途广泛的力学测试仪器,适用于广泛的应用领域。其特点包括:
- 具有高力能力,可测试大型或刚性样品。
- 电磁驱动,可实现精确、可重复的测试。
- 测试模式多样,包括疲劳、耐久性和动态力学分析。
- 配有可用于数据收集和分析的综合软件。
动态力学分析软件
TRIOS 软件
TRIOS 软件专为与 DMA 仪器配合使用而设计,提供用于数据采集、分析和报告的用户友好型界面。主要功能包括:
- 实时数据可视化和分析。
- 先进的数据拟合和建模功能。
- 全面的报告工具,用于生成详细的分析报告。
- 可与其他 TA Instruments 硬件集成,简化工作流程。
WinTest 软件
WinTest 软件与 ElectroForce 系统配合使用,可提供强大的控制和分析功能。主要功能包括:
- 精确控制测试参数,可获得准确、可重复的结果。
- 先进的数据分析工具,可全面评估机械性能。
- 可定制测试方案,适用于各种应用。
- 用户友好型界面,可高效设置并执行测试。
结论
动态力学分析是用于表征材料力学性能的一个功能强大且用途广泛的技术。TA Instruments | Waters Corporation 提供种类繁多的动态力学分析仪器,如 Discovery DMA 850、RSA-G2 固体分析仪、ElectroForce DMA 3200 和 ElectroForce 3550,这些仪器可提供有关粘弹性行为的详细信息,使 DMA 成为聚合物、复合材料、药品、食品、粘合剂和涂料的研发和质量控制中必不可少的工具。通过了解材料的力学性能,研究人员和工程师可优化材料的性能并确保其在各种应用中的可靠性。
参考文献:
- Groenewoud, W. M. (Ed.). (2001). Characterisation of Polymers by Thermal Analysis. Elsevier Science B.V. https://doi.org/10.1016/B978-044450604-7/50005-4