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什么是动态力学分析？

Super Admin — Tue, 09 Jul 2024 16:48:16 +0000

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

其他资源

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通过流变研究提高制剂性能

Juli Varvarezis — Mon, 11 Mar 2024 20:08:30 +0000

通过流变研究提高制剂性能

Calliste Scholl | Julienne Regele
2024 年 3 月 11 日

从制剂开发到商业制剂的进展取决于最终药物的剂量强度、内在稳定性和蛋白质自结合的程度。¹这是因为药物的研发已进入最后阶段。对药物在实际生活条件下的有效性和稳定性进行评估至关重要。近年来，高浓度抗体产品 (HCAP) 因其众多独特的优势而在治疗领域日益受到欢迎。

HCAP 的优势

市场上大多数抗体药物溶液均在医院环境中通过静脉给药输送给患者。HCAP 将为通过皮下注射进行疾病治疗提供机会。皮下给药产品的最大容量为 2 ml。¹在此容积下，HCAP 可输送更大量的蛋白质，并可实现在医生诊所或患者家中给药。总体而言，与静脉给药相比，皮下给药可方便患者、减轻医护人员的负担且易于使用，该方法可减少住院或住院费用，并可降低治疗成本。¹

HCAP 允许患者自行皮下给药，使患者在管理用药计划方面拥有更大的灵活性和自由度，并可让患者在管理慢性疾病的同时过上更正常的生活。¹ 这对于需要长期用药来控制慢性疾病的患者尤其有益，并可确保患者在治疗期间的依从性。¹

最后，HCAP 提供更实惠的制造和物流成本。¹ 在生产过程中，原料药被提高浓度、冷冻，然后运送到药品灌装完成地点。¹ 由于 HCAP 每单位体积的原料药具有较高的蛋白质浓度，因此与较低浓度溶液相比，运输、储存和库存管理的成本显著降低。

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HCAP 的组成和稳定性

HCAP 在推进药物制剂开发方面具有多种优势。然而，为确保其有效的治疗用途，药物的成分和稳定性必须在治疗中使用的条件下表现出色。为确定药物的适用性，可测量药物的聚集、pH 值、渗透压、稳定性和粘度。通常，药物最好具有较低的聚集性，因为任何聚集均可导致药物疗效和稳定性的降低。² 其次，药物在未电离且不能自由渗透细胞膜时具有最佳的吸收效果。³ 因此，所需的 pH 主要取决于治疗目标位置。³ 第三，药物最好具有较高的渗透压，这样可以向预定区域输送更多的药物。⁴ 第四，如上所述，抗体本身必须足够稳定，能够在注射和不同的身体条件下保持活性，因为对抗体稳定性的任何影响都会降低其疗效。最后，粘度可被视为最重要的稳定性测量指标之一。具体而言，在将抗体配制为浓缩溶液 (> 100 mg/mL) 的 HCAP 中，由于短程蛋白质-蛋白质相互作用，预计溶液的粘度会呈指数级增长，超出皮下注射的药学可接受范围。¹ 这些蛋白质-蛋白质相互作用会造成更大量的蛋白质聚集，并严重降低其整体稳定性和递送至目标位置的能力。¹ 因此，在可能的情况下，利用粘度测量来确定并限制蛋白质相互作用至关重要，这样才能提高稳定性和功效。

粘度测量在测量蛋白质-蛋白质相互作用中的优势

测量流变特性可为了解特定抗体的稳定性提供重要信息，并且流变特性与蛋白质-蛋白质相互作用的水平更为密切相关。最近，一项研究评估了 NaCl 对非特异性蛋白质-蛋白质相互作用的影响，以及它如何影响制剂的稳定性和粘度。⁵ 蛋白质与蛋白质之间净相互作用的性质不仅随 NaCl 浓度的变化而变化，也随抗体浓度的变化而变化。因此，从稀释和浓缩抗体样品中测量的参数可能会导致对抗体制剂稳定性的不同预测。⁵ 这再次强调了在制剂开发阶段使用粘度测量来评估抗体稳定性和性能的潜在益处。

开发成功的 HCAP

总之，药物从制剂开发到商业化制剂的过程中会存在多种多样的需要。然而，HCAP 似乎是最有希望实现高效进展的方法，这主要是因为它能够提供高剂量浓度，可为任何患者在任何场所进行皮下给药，且成本较低。在测试这些 HCAP 时，正确评估其成分和稳定性对于确定实际应用中的成功与否非常重要。具体而言，已证明使用流变仪进行粘度测量可准确确定蛋白质-蛋白质之间的相互作用。因此，研究人员利用流变来促进药物开发进程并确保其抗体产品具有适当的稳定性和行为非常重要。

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经济且高效地升级实验室仪器的 4 种方法

Sam Barnes — Mon, 19 Sep 2022 12:25:30 +0000

经济且高效地升级实验室仪器的 4 种方法

Sarah Cotts | Stephanie Keller | Morgan Ulrich
September 19, 2022

技术的发展日新月异。无论您是升级旧设备还是为您的工作台添加新技术，使用尖端仪器都一定会提高您实验室的效率和成果。新型仪器可提供更可靠的数据和更先进的功能，这对于始终立足于材料创新前沿而言至关重要。

但是，如何在升级仪器以获得最佳投资回报的同时最大限度地减少停机时间呢？以下是可让您无缝且轻松地升级实验室的 4 种方法。

1. 以旧换新

用最新型号的仪器更换服务多年的老旧仪器是改善实验室结果的最简单的方法之一。更好的消息是，您可以用旧仪器换取升级折扣。

2000 年推出的 TA Instruments Q 系列热分析仪彻底革新了测量方法，Discovery 系列以其改进的测量和易用性延续了品牌传统。用户可对其 Q 系列 DSC、TGA、DMA、SDT、TMA 仪器或竞争型号仪器进行以旧换新，以节省购买新的 Discovery 系列热分析仪的费用。Discovery 系列提供无与伦比的灵敏度和准确性，可检测样品中的最小变化，并通过强大的 TRIOS 软件提供革命性的用户体验。点击此处以解更多信息并联系我们以对您的热分析仪进行以旧换新。

同样，您可以对 TA Instruments AR 流变仪或竞争型号仪器进行以旧换新，以节省购买新的 Discovery 混合流变仪的费用。升级到 DHR 实现了卓越的功能改进 – 由于 DHR 优异的扭矩灵敏度，用户可使用更少的样品测量更低的黏度和更小的应力。该仪器的混合功能是游戏规则的改变者：可在一台含集成线性 DMA 的流变仪上进行剪切流变学、黏性/剥离、拉伸黏度测量，以及张力、弯曲和压缩测量。DHR 广泛的功能和配件（包括与许多 AR 配件的兼容性）可为您实验室未来可能需要的任何测量提供保障。联系我们以了解有关流变仪以旧换新的更多信息。

除节省成本外，对您的热分析仪或流变仪进行以旧换新也非常易于操作且回报丰厚：

通过承接已有的历史数据和操作程序实现平稳过渡
使用新的“无人值守”自动进样器减少瓶颈（可在特定的热分析仪型号上使用）
借助专为每个用户级别的易用性而构建的 TRIOS 软件，最大限度地减少操作适应时间
通过可靠的结果和更高的准确性提高数据可信度
通过新功能和测量选项扩展实验室能力

2. 租用新仪器

您是否知道租用新仪器比租用汽车更容易？Waters Capital 为 TA Instruments 提供灵活的租用选项和优惠价格。租用仪器可让您：

通过可预测的每月付款来扩展您的预算
无需预付金即可在需要时立即采用新技术
根据每月付款金额与大量初始投资加速您的投资回报率（ROI）
购买前试用最新的仪器

租用可避免预算超支，无需直接购买即可使用新仪器。如果您需要一项技术的时长有限，您可通过仅租用与工作相关的技术来节省大量的开支。或者，如果您决定保留该仪器，您所有的租用付款都将计入最终的购买价格。无论您选择哪种方式，租用都可让您在受益于最新技术的同时节省重要的资本。点击此处以了解有关租用新仪器的更多信息。

3. 通过资助配套项目使您的资金翻倍

学术和政府实验室，请不要错过该项目！我们重视您对研究和教育的贡献，我们希望可帮助您的实验室取得更多的成就。我们的学术资助配套项目为我们的全新仪器提供仅限于学术用途的特殊定价，以确保您能够使用最先进的设备。

我们可靠耐用的仪器为各种经验水平的用户设计。从任期最长的教授到刚入校的新生，都可以轻松设置和运行测量。

希望保护您的投资并节省耗材和维修？我们的学术支持计划旨在降低拥有成本并最大限度地延长正常运行时间和产品寿命。该计划包括用品和消耗品折扣，以及我们定期安排的免学费的理论和应用培训课程。

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4. 关注以获得提示和销售信息

您最大限度地利用您的仪器吗？您是否了解新的促销和升级？

关注 TA Instruments 的 LinkedIn、 Facebook 和 Twitter，以获取有关优惠、新产品和仪器使用技巧的频繁更新信息。在您购买之前，请查看 TA Instruments 当前的促销活动，以了解是否有您需要的设备的优惠。

无论您何时购买，我们的销售代表都会通知您任何相关的促销活动，并帮助您选择适合您需求的技术。请联系 TA Instruments 销售代表，以确保为您的实验室采购最好的仪器。

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什么是动态机械分析？

Sam Barnes — Mon, 07 Mar 2022 03:58:24 +0000

什么是动态机械分析？

Troy Nickel | Andy Simon
March 14, 2022

从医疗设备的塑料到轮胎的橡胶，我们使用的材料必须满足越来越高的要求。产品制造商和消费者希望他们的材料外观漂亮，性能好，成本低，同时对环境友好。如需满足上述需求，就必须深入了解从分子水平到实际机械性能的材料特性。由于影响材料特性的因素有很多，因此需要精确的测量工具和方法来确保材料满足应用的高期望值。在开发和生产的各个阶段，评估材料特性的一个关键测量和分析方法是动态机械分析（DMA）。

DMA，最基本的是测量材料的粘弹性能，通常以储存模量、损失模量和介质损耗角正切的形式进行量化。¹ DMA测量是通过在材料上施加力和变形，并与其他因素（如温度、时间和频率）的影响一起进行分析而获得。

DMA测量仪器及数据

用于进行DMA测量的最常见工具是高度集成式 “DMA仪器”。该系列仪器属于台式仪器，能够应用极其精确的力和位移对相对较小的样品进行测量。通过力和位移测量，并配合温度曲线，来表征热变化，如玻璃转变、熔化、结晶、固化和老化。

TA Instruments凭借其旗舰产品DMA 850 和RSA-G2仪器，成为了动态机械分析仪的世界领导者。其仪器能够进行广泛的测量，对及其细微的性能变化进行极其精确的测量。

示例实验1

该图显示了 DMA 上三个 PET 样品进行拉伸时的对比:其中一个样品具有均匀的粘胶层且性能良好，一个样品具有不均匀的涂层且性能不佳，还有一个样品无涂层。因粘合剂产生的转化峰值以 tan δ 显示，在“良好”样品中为 40°C 左右，而“不佳”样品的峰值要小得多。了解良好样品和不佳样品的特性可以对涂层工艺和制成品进行质量控制。诸如此类的微妙变化需要极高的灵敏度和精确度来测量。

随着材料和产品开发的进展，科学家和工程师需要更大的样品和更高的力来实现更强的测试能力。这种需求可能来自许多领域，包括：

不能微型化的材料（如3D打印或复合材料）
高硬度的样品，需要更大的力量来变形
需要在线性黏弹性区域（LVR）之外变形的真实外部条件
代表现实世界组件的复杂几何形状

通常情况下，通过更大的力测试所产生的数据直接用于设计和验证材料或产品的最终使用状况。随着测试和测试样品开始接近真实条件，样品的大小和力量可以变得相对较大，施加的力可超过10,000N，动态位移为10mm或更大。强力DMA测试看起来与传统的DMA测试非常不同，因为它通常是为了了解特定的信息。这些测试可能只包括适用于最终用途的测试变量，甚至不包括温度的影响! 例如，一些客户可能在室温下使用强力DMA作为隔振器或其他成品部件的质量控制检查。

由于这些类型的DMA测试通常在开发周期的后期进行，因此通常与其他强度和疲劳测试一起进行。在材料和设计向最终产品迭代的过程中，材料强度、疲劳寿命和DMA特性都必须一并考虑在内。

示例实验2

该表显示了对沥青瓦的温度扫描，沥青瓦是玻璃、焦油和骨料的复合体，由于材料的非均质性，不能在不改变特性的情况下进行微型化。

示例实验3

该表显示了对填充橡胶的佩恩效应的评估。填充剂之间的相互作用在较高的应变下分解，导致模量降低。当材料在LVR之外使用时，了解这种影响是至关重要的。

TA Instruments的机械测试产品系列，一台仪器即可提供高性能材料强度、疲劳和DMA测试能力。DMA 3200 是一种特殊配置的3200仪器，具有最高的DMA性能，但保持了所有的材料强度和疲劳测试能力。整个负载框架系列从ElectroForce 3200 （容量：高达500 N）到 Electroforce 3550（容量：高达15kN），都可以配置为DMA测试，同时保持ElectroForce闻名的一流的材料强度和疲劳能力。这为用户提供了一个多功能工具，以准确和省时的方式设计、测试并优化其产品。用于DMA和疲劳测试的专业软件为用户提供了世界顶级的测试能力，可用于各种测试类型，具有多种功能。

TA仪器为市场提供多种测量仪器，能够进行DMA、强度和疲劳测试。其广泛的产品系列使客户能够通过一个合作伙伴，使用一台仪器满足他们从材料开发到最终产品测试和验证的测试需求。

联系我们了解TA Instruments的DMA、强度以及疲劳测试仪器的配置方法，以强化您实验室的测试能力。

参考资料:

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

Other Resources

Characterizing Hydrogels using Dynamic Mechanical Analysis Methods

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