动态力学分析如何支持可持续聚合物开发

Bharath Rajaram | Morgan Ulrich
April 04, 2022

什么是动态力学分析？

动态力学分析 (DMA) 是一种测量材料在受到动态或循环力时的响应的技术。通常情况下，动态力学分析包括观察材料处于小幅振荡负荷下时的弹性和粘性反应，探测分子结构对扰动的响应。其他变量，如温度、时间和频率作为测试的一部分可以被改变，以表征材料在不同环境条件下的表现。

动态力学分析方法是设计和开发材料（包括可持续聚合物）的关键部分。在这一应用中，动态力学分析用来测量重要的特性，如玻璃转化和熔化温度，以及这类材料的固化和老化行为。

这些特性对所有类型的聚合物的行为都至关重要。例如，结晶度影响材料的刚度，以及刚度如何随温度的变化而变化。了解玻璃转化行为可以揭示聚合物共混物是否可混溶。在可持续聚合物开发中，这些都是至关重要的测试，可确保起始材料和最终产品的一致性，并满足最终使用的性能预期，特别是在与更传统的聚合物进行基准比较时。

DMA 测量应对可持续聚合物挑战

对于可持续聚合物，最大的挑战之一是确定消费后回收材料与传统的原生树脂在物理特性上有何不同。动态力学分析可以通过筛选和了解此类材料的行为和特性来帮助应对这一挑战。反过来，这些结果可以预测使用回收材料对产品性能的任何不利影响，从而改进新的可再生或可生物降解聚合物候选材料的设计。

动态力学分析通常涉及对样品施加某种类型的应力，然后使用某种类型的力传感器或位移测量来跟踪样品的变化。首先将样品夹在仪器中。然后，施加具有周期性的力，通常由某种类型的驱动电机来完成。

动态力学分析仪可以用来恢复各种样品特性，包括玻璃转化温度和材料硬度。

选择合适的动态力学分析仪取决于待测样品的类型。测量条件最好能反映出样品在现场可能经历的参数范围。聚合物制造商使用 DMA 来确认他们的材料符合应用范围内的任何要求公差，以确保安全性和所需的性能。

还需要考虑仪器上的把手类型。一些夹持器被优化用于固体，或者可以加热以在不同温度下进行测量。

TA 的动态力学分析仪

TA Instruments 是动态力学分析仪和实验设计的全球领导者。我们提供一系列适用于不同测量手段和不同种类聚合物材料的仪器。

TA Instruments 系列包括 DMA 850、Electroforce DMA 3200 和 3550 。这些仪器的设计考虑到了易用性，并可直接集成到现有的工作流程和工艺中。每台仪器都得益于 TA Instruments 的专利技术，可以对样品进行定位和施力，这是史无前例的。

Electroforce DMA 3200 拥有最大 500 N 的力，可快速加速至 80 G，是最苛刻的动态力学分析测试的理想选择。Electroforce 3550 型号在类似的大范围内非常适合许多机械疲劳和动态特性测试。DMA 850 是各种动态力学分析测试的理想工具，采用空气轴承和光学编码器技术来获得最精确的力灵敏度和位移分辨率。

联系 TA Instruments，了解我们的仪器如何为您的 DMA 测量带来新的信息和效率，并加速您的可持续聚合物开发。

参考:

1. Menard, K. P., & Menard, N. R. (2020). Dynamic mechanical analysis. CRC press.
2. TA Instruments (2022), DMA instruments, https://www.tainstruments.com/products/rheology/dynamic-mechanical-analyzers/, accessed February 2022