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DMA系列动态机械分析仪

发布时间:2026-04-27 14:03:30浏览次数:
DMA 技术
动态热机械分析仪(DMA)是一种分析材料力学行为的强有力测试仪器,尤其在解析材料的粘弹性能方面。
DMA测试是对样品施加可控振幅和频率的正弦激励,且无共振。
测量施加的应力和产生的变形应变(或位移),可以得到:
·样品刚度K,是施加的力(N)除以响应的形变(m)
施加力与响应位移信号之间的相位差δ
线性激励通过各种试样夹具施加到材料上,其设计允许对试样施加各种可变的激励模式:拉伸、压缩、剪切或弯曲。

















典型非晶态聚合物随温度变化的粘弹性谱图。

试样的几何形状应遵守严格的规则,以确保分析数据的准确性(标准ISO6721或同等标准)。通过试件尺寸和复合刚度K*的测量,可以非常精确地计算杨氏模量E*或剪切模量G*。
•损耗因子Tanδ由损耗角δ计算。
•模量的实部(E′或G′)和虚部
(E′′或G′′)分别表示材料的弹性行为和粘性行为,即材料恢复或储存能量的能力。
•动态试验期间的温度控制可以获得材料力学性能随温度变化的完整图像。DMA技术是测定材料玻璃化转变(TG)最精确的技术。
DMA+设计理念: 机架刚度是关键!
在DMA测试中,数据的准确性在很大程度上取决于DMA仪器测量材料试样真实刚度值的能力。
DMA 测试机架的刚度无疑是决定仪器性能的主要因素。
Metravib DMA+系列是基于一个整体铸造高刚性的测试机架
这种独特的设计旨在提供卓越的测试性能和分析能力:
• 精确测量试样形变
• 可分析从低到高刚度的试样
• 可准确跟踪因温度影响而产生的较大刚度变化
• 可直接进行高达1000Hz的高频测量而无需计算主曲线
此外,独特的机械结构符合人体工学设计,方便夹具对中与样品拆装、调整。
旋回式测试腔门设计使操作人员具有超过230度的操作空间,而仪器的落地式设计则为操作人员提供了舒适的样品操作环境。
在众多选件、附件和功能扩展中定制 您自己的 DMA+ 配置
DMA+的配置可根据测试需求和预算量身定制!
此外,还可根据实验室的新需求,补充以下选项:
• 硬件和软件测试功能扩展
• 试样夹具
• 冷源和环境源
• 样品制备工具
• 自动进样
• 适配特殊定制
无论如何配置,DMA+对于需要进行高级测试的专业工程师和研发人员以及操作设备进行需要预定义测试的没有经验操作员来说,都同样的操作简单,易于使用。
根据材料调整DMA+
一系列独特的试样夹具可满足您所有需要 测试的材料:固体、糊状甚至粉末或液体,以及各种形状:矩形或圆柱形试样、薄膜、 纤维、绳线索......线性激励可转化为各种测试模式: 压缩、剪切、拉伸、弯曲。
专用试样夹具可实现特殊测试,如聚合、 压缩生热(HBU)、基体/纤维界面、疲劳裂纹生长测试......
大多数试样夹具还可用于分析浸入液体中的 材料特性,并配有专用附件。

使用Xpander实现完全自动化
DMA+符合人体工程学的独特设计,可以通过 Xpander轻松实现全自动化。
Xpander 是一种专门用于DMA+系列的全自动 进样系统。
Xpander包括 6 轴机械臂, 可拆卸试样仓, 最多容纳 444 组试样
压缩和剪切模式下昼夜连续测试,无需人工干预
Xpander 只需要2 小时的简单安装,即可与 DMA+联用,无需对原 DMA+进行改造,操作员可在 15 分钟内从传统 DMA+模式切换到Xpander全自动模式
玻璃转化测定
DMA被认为是精确测定高分子材料玻璃化转变(Tg)的最精确技术。
测试是在一个可控的、连续的变温速率下进行该测试是DMA 测试中最常用的测试之一,它还能准确了解粘弹性 性能及其与温度的关系;这些数据对于确定工业应用中特定材料的使用温度范围至关重要。
DMA + 系列产品的激振力范围特别宽,既可用于小试样,也可用于较大尺寸的试样;这样可以获得更能代表材料结构的数据,并通过减少尺寸测量不准确对模量测量的影响来提高精度。
频率相关性
材料的粘弹性能与激励频率密切相关。如果按照传统方法以 1 赫兹 的频率确定玻璃化转变,那么材料的阻尼和模量可能会随着温度和频率的变化而发生不同的急剧变化。DMA分析为需要特定性能的特 定最终用途应用提供了完美选择合适材料的关键。左图显示了环氧树脂机械性能的频率依赖性。
高频测试
DMA测试技术的一大优势点是可以研究不同激励频率下的粘弹性特性。
左图显示了从跑鞋鞋底中提取的圆柱形橡胶样品在1000 Hz时的模量 和Tanδ。
这些典型结果表明,由于聚合物链在快速振动机械激励下的响应不同, E′和Tan δ随频率的变化都略有增加。频率扫描测试已被证实对了解许
多不同聚合物在使用过程中的行为发挥重要作用是有用的,例如跑鞋 的抓地能力。
DMA+测试机架的独特设计旨在提供从准静态到1 KHz的独特频率范围 的分析。
主曲线计算
大频域粘弹性特性的测定是橡胶基材料(减振、减噪、轮胎抓地性能 力等)发展的关键。
尽管Metravib DMA+能够在不同温度下直接测量高达1kHz激励频率下 的材料粘弹性特性,但频率/温度等效定律原理允许通过主曲线计算外推更高频域的模量和Tanδ。
这个例子显展示了一种橡胶材料的主曲线,并结合了WLF模型和阿伦 尼乌斯(Arrhenius)模型。
智能参数选择功能可确保主曲线计算具有完美的重复性,避免任何操作影响。
蠕变试验和长时期蠕变预测
蠕变试验包括在固定时间内施加的静态应力,并测量由此产生的应变。 恢复试验包括释放撤除应力并跟踪记录材料试样的松弛情况。
这种蠕变试验可以在连续不同的温度阶段下进行实验。
松弛时间、永久变形可以准确描述材料在该温度下对特定应力或应变的稳定性。
通过Dyna+专用的TTS功能,基于时间/温度等效原理,这些数据可以 用来预测材料的长时期蠕变。通过相对较短的实验,可以对最终使用产品在预期寿命内的性能老化情况进行精确评估排序。
湿度依赖性
对水敏感的材料可使用专用湿度模块在设置好的湿度下进行测试。
以可生物降解的聚合物壳聚糖为例,在湿度增加的情况下,水会对聚合物的结构及其粘弹性能产生巨大影响: 在 90% 相对湿度下,剪切模量下降 100 倍,而 Tanδ值在 80% 相对湿度下达到峰值。
另外,还有附加附件可以支持在测试时将样品浸入液体中。
固化效果
固化程度对于确保达到聚合物基体的标称机械性能是非常重要的。 固化不充分会导致样样试样的纤维层之间或外表和内部之间的粘合强度不足,并在脱模时产生潜在的形状扭曲。
例如左侧的示例,在测试#1中,环氧基材料的样品在高达250°C的温 度扫描斜坡上进行测试,它呈现出具有两个Tan Delta峰的模糊玻璃化转变。
第二次连续相同的测试(#2)展示了一个更清晰的玻璃化转变过渡与更 高的振幅Tan Delta幅值。
试验#2凸显了试样最初固化不良,并且在试验#1中的后期完成固化。 连续第三次试验显示E和Tan Delta完全与试验#2重叠,#2并证明达到了标称机械性能。
疲劳测试
Dyna+疲劳模块可以控制波形、振幅、频率和应变或应力,从而实现 疲劳测试。
测试可以进行在数百、数千或数百万疲劳周次个循环周期中执行。 在旁边的例子中,玻璃环氧复合材料试样在1400次循环疲劳周次之前
保持恒定的力学性能,其中模量下降和Tan Delta飙升是试样内部机械 力学断裂的表特征。
将Xpander与DMA+相结合,可以在没有操作人员干预操作的情况下对数百个样品进行自动疲劳测试。
时间信号
Lissajous(李萨如)应力-应变曲线是一种快速、直观的显示, 用于识别表征材料的行为。
对于橡胶基材料表现出对动态激励的复杂响应,Lissajous曲线提供 了对非线性响应的洞察,以紧凑的方式展示这种复杂的机械力学行为,特别有利于各种材料之间的比较,便于进行能量耗散和能量耗 散比的计算。
Dyna+使位移、和力的时间信号的存储成为可能。这些强大的信息 赋予可以快速执行材料行为的相关专业知识,并快速有效地对响应各种材料进行比对之间的比较。
压缩生热测试(HBU)
当橡胶基材料处于高应变动态疲劳振幅时,会发生压缩生热热累积。 根据最终用途的不同,这种特性可能是至关重要的。
将圆柱形试样施加一个静态力,并以固定的频率和控制的应变加载幅, 连续施加一个外部的压力。
使用专用HBU试样架夹具可以测量试样一端的表面温度(66.57°C),而 在试验结束时,气体驱动温度探头快速刺入样品内部,刺入的问题探头来测量试样核心温度(124.8°C)。压缩生热试验可以为预估橡胶基产品的使用性能和预期使用寿命提供关 键数据。
疲劳裂纹扩展试验
抗疲劳和抗裂纹扩展是橡胶基材料面临的主要问题。疲劳裂纹扩展模块使 DMA+可以进行裂纹扩展测试。
在试样中产生初始裂纹后,对其进行控制波形、频率和变形或应力的疲劳 试验。
在连续疲劳试验中,同一试验中最多可检测到4个裂纹,由可移动数字相机 精确检测裂纹尖端位置的变化。
左边图中的数据显示了裂纹扩展速率(单位为纳米/周期)与施加在试样上的 能量G(单位为焦耳/ m²)之间的关系。这些数据对于最终用途产品的寿命预测至关重要。
DMA+系列是独特的DMA,将高DMA测试能力和先进的疲劳裂纹扩展测试结 合在一个仪器中。
老化
DMA的精细分析能力性能可以很容易地区分由于化学或物理老化等许多因素 引起的机械力学行为变化。
旁边的例子显示了相同PVC的6个不同老化的试样的热响应。
人们可以注意到不同各种剪切模量和Tan Delta曲线之间的强烈差异:材料的 玻璃化转变受到老化的极大影响。这些数据是处理材料寿命、各种力学性能、破坏强脆性极限等的关键参数。
电动汽车的新挑战
电动汽车的发展带来了新的挑战:通过移除热发动机,车辆内部的噪 音水平与以前的热车辆有很大不同,以不同方的式影响用户的声学舒适性。
由于对节能和新型NVH要求的不断提高,给减重和材料选择带来了持 续的压力。
片层状成型聚合物(SMC)作为汽车零部件中传统材料的轻量化替代品 具有相当大的潜力。
新的研究着力于通过在其结构中加入热塑性弹性体(TPE)来优化其阻 尼能力。
旁边的图显示了用DMA+300在3点弯曲模式下测试的3个SMC试件的 Tanδ (阻尼)。3个SMC试件由不同厚度的TPE层组成。在SMC内部添加TPE层的阻尼特性的好处是显而易见的:TPE层越高,阻尼越高。

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