静态热机械分析及动态热机械分析共48页
dynamic thermo mechanical analysis
dynamic thermo mechanical analysis1. 引言1.1 概述在材料科学和工程领域，动态热力学力学分析是一项关键的实验技术，用于研究材料的热力学响应和力学特性之间的关系。
动态热力学力学分析将温度和机械加载条件结合起来，通过测量材料在变化温度下的形变行为来揭示其内部结构和耐久性。
1.2 文章结构本文将围绕动态热力学力学分析展开讨论。
首先介绍动态热力学力学分析的定义、原理和应用领域。
随后，我们将详细探讨动态热机械分析技术参数，包括涵盖的温度范围、机械应变范围以及实验步骤和仪器要求。
接着，我们将讨论影响动态热力学力学特性的因素，包括温度效应与变化速率关系、材料微结构对特性的影响以及外界加载条件对结果的影响。
最后，在结论部分总结主要发现和贡献，并对未来动态热力学力学分析研究提出展望与建议。
1.3 目的本文的目的是深入探讨动态热力学力学分析的原理和应用，阐明其在材料研究中的重要性。
通过对不同温度下材料力学行为的测量和分析，我们可以更好地理解材料的热力学响应和力学特性，并为材料设计和工程应用提供指导。
此外，我们还将对未来该领域的研究方向提出展望，并提出改进技术和方法的建议，以推动动态热力学力学分析在材料科学领域的发展。
2. 动态热力学力学分析2.1 定义动态热力学力学分析是一种实验方法，用于研究材料的热力学性质在不同温度和应变条件下的变化。
该分析方法结合了热学和力学试验，通过测量材料在动态加载条件下的温度和力学响应来获得其物理特性。
2.2 原理动态热力学力学分析基于热机械耦合原理，即在加热或冷却过程中对材料施加动态载荷时，通过测量温度和应变的变化来监测材料内部结构的行为。
该方法通常使用差示扫描量热仪（DSC）或差示扫描量热显微镜（DSVH）等设备进行实验，并记录温度、时间和相应的机械响应曲线。
2.3 应用领域动态热力学力学分析广泛应用于各个领域的材料科学和工程中。
其中主要包括以下几个方面：- 新材料开发：通过评估新材料在高温高应变条件下的性能以及与环境之间的相互作用，以指导新材料的设计和应用。
热机械分析法
3.3 相关标准
TMA
ASTM E2206-2006 Standard Test Method for Force Calibration Of
Thermomechnical Analyzers 热机械分析仪的力校验的标准方法
ASTM E831-2006 Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Solid
精品课件
3.2.5 TMA的空白实验
在与试样所用相同的条件下(但并无试样)进行空白实验， 记录TMA曲线。 利用空白实验测得的数据校准试样测得的数据
3.2.6 TMA实验步骤 将试样置于样品支持器上 放置温度传感器使其尽量接近试样 利用位移转换器测定试样在实验开始时的长度L0 选择温度范围、升降温速率和所施负荷(按ISO 11359-2或ISO 11359— 3或相关材料标准的要求) 记录与温度或时间关系的TMA曲线 比较空白实验曲线与实验所得的TMA曲线，并做所需的校准
电磁感应法）、体积法 等 它们的共同点都是试样在加热炉中受热膨胀，通过顶杆将膨胀传
递到检测系统。不同之处在于检测系统。
精品课件
卧式膨胀仪
精品课件
技术参数 可自由更换如下四种炉体：低温炉（-180 ... 500℃）、中高温
炉（RT ... 1100℃）、高温炉（RT ... 1600℃）、超高温炉 （RT ... 2000） 升降温速率：0 ... 50 K/min（取决于不同的炉体类型） 样品支架：石英支架（< 1100°C），氧化铝支架（< 1700℃）， 石墨支架（2000℃） 测量范围：500／5000 μm 样品长度：最大 50 mm 样品直径：最大 12 mm（另有 19 mm 可选） ΔL 分辨率：0.125 nm / 1.25 nm 气氛：惰性、氧化、还原、静态、动态
动态热机械分析仪DMA原理及方法
DMA研究生
28
同一重运动单元而言，温度越高或所受的 应力越大，则其运动的松弛时间就越短。 任何一重运动单元的运动是否自由，取决 于其运动的松弛时间与观察时间之比。 设在一定的温度下，某一重运动单元运动 的松弛时间为τ，实验观察时间为t，
DMA研究生
29
当t<<τ时，运动单元的运动在这有限的观
察时间内根本表现不出来，在这种情况下，
高聚物熔体具有不同于小分子液体的许多特点 在外力作用下，高聚物熔体除了会发生不可回复塑 性形变外，还不可避免地同时产生弹性形变。 高聚物熔体从圆柱状口模孔中挤出时，形成的料条 直径可能比孔径大，如橡胶入孔时变细，出孔时因形 变回复而又变粗一样。 受搅拌棒搅拌时，熔体沿棒壁上爬；快速挤出时， 型材发生畸变等现象也是熔体中含有弹性的表现 这类现象统称为高聚物的粘性中带有弹性。 高聚物在力学性能上的最大特点是高弹性与粘弹性。
在液态中，分子的排列只有近程有序而无远程
有序；
在气态中，分子的排列既无远程有序也无近程
有序。 DMA研究生
4
物质按其体积与形状的稳定性，分为固体、 液体和气体。 固体具有一定的体积和形状 液体具有一定的体积但无一定的形状 气体无一定的体积又无一定的形状
这些状态称为物质的各种力学状态。
DMA研究生
5
量、复数模量、动态粘度、应力、应变、
振幅、频率、温度、时间和损耗因子等，
可以研究应力松弛、蠕变、玻璃化温度和
次D级MA研松究生弛等
3
DMA的理论基础是聚合物的粘弹性，因此我们
首先讨论聚合物的粘弹性：
一、高聚物力学性能的主要特点
物质按其中分子(或原子、离子)排列的有序性，
可分为晶态、液态和气态。
动态热机械分析
动态热机械分析概述：动态热机械分析是一种用于研究热机械系统动态行为的方法。
这种方法结合了热力学、机械力学和控制理论等多个学科，旨在分析和优化热机械系统的运行性能和稳定性。
本文将介绍动态热机械分析的基本原理、应用领域，并探讨其在热机械系统设计和性能优化中的重要性。
一、动态热机械分析的基本原理动态热机械分析是建立在热力学和机械力学基础之上的研究方法。
其核心原理是通过建立系统的动态模型，利用动力学方程和控制理论来描述和分析热机械系统的运动和稳定性。
在分析过程中，考虑热传导、热辐射、热对流等传热机制，同时考虑机械运动中的力学载荷和惯性效应，以及控制系统对系统动态特性的影响。
二、动态热机械分析的应用领域1. 燃气轮机系统：燃气轮机是一种常见的动力装置，广泛应用于发电、航空等领域。
动态热机械分析能够帮助设计师深入理解燃气轮机的动态行为，优化控制系统以提高系统响应速度和稳定性。
2. 冷热源系统：冷热源系统广泛应用于工业生产和建筑空调等领域。
通过动态热机械分析，可以研究和优化冷热源系统的运行状态，改善能源利用效率，降低运行成本。
3. 微型热机械系统：微型热机械系统是一种新兴领域，其在微尺度范围内实现能量转换和传递。
动态热机械分析对于微型热机械系统的设计和性能优化至关重要，可以揭示系统的微观动力学特性，提高系统的能量转换效率。
三、动态热机械分析在热机械系统设计中的重要性动态热机械分析在热机械系统设计和性能优化中具有重要的作用，主要体现在以下几个方面：1. 提高系统响应速度：热机械系统的响应速度直接影响其瞬态性能和控制能力。
通过动态热机械分析，可以深入研究系统的动态特性，设计出合理的控制策略，从而提高系统的响应速度。
2. 优化系统稳定性：热机械系统的稳定性是保证系统正常运行的关键因素。
通过动态热机械分析，可以找到系统的稳态和非稳态解，分析系统的稳定性边界，并设计合适的控制器来保持系统的稳定运行。
3. 提高能源利用效率：热机械系统的能源利用效率直接影响系统的运行成本和环境影响。
动态热机械分析
定义：在程序控温下，测量物质在非 振动负荷下的温度与形变关系的技术。
拉伸
压缩
弯曲
扭转
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析 △L
Tf Tg T/℃
例1 PMMA 温度-形变曲线（压缩）
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析 △L
LDPE
HDPE T/℃
例3 PE 线膨胀系数（压缩）
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析 △L
α= △L /（L0 △T）
α —线膨胀系数（1/K） L0—初始长度 △T—试验温度差
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
α= △L /（L0 △T）
美国：-30-30℃ 日本： 25-80℃ 我国： 0-40℃
注意：要求测试温度范围内无相转变
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
体热膨胀法：温度升高1度，试样体积膨 胀（或收缩）的相对量：
γ= △V /（V0 △T）
γ —体膨胀系数（1/K） V0—初始体积 △T—试验温度差
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
DIL 402 PC热膨胀仪 德国
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
DIL 402 C热膨胀仪 德国
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
DIL 402 E热膨胀仪 德国
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析
F
2 动态热机械分析 2-4 分析仪器 F 平行板
3 在高分子材料中的应用
3-1 玻璃化温度测定 E’’ , Tanδ. Tg
T 玻璃化转变附近:E’’ ,Tanδ最大
3 在高分子材料中的应用
3-1 玻璃化温度测定
例1 NBR/S,ZnO,DM/C体系
3 在高分子材料中的应用
静态热机械分析及动态热机械分析
必须指出，由于目前调节共振点需要一定的时间，所以不 能用快速程序升温条件，以免在测定过程中使频率变化赶不 上温度的变化。这种方法的精度取决于频率读数的精确性， 为此可以用数字式频率计读数，即能达到足够的精确度。但 是共振类型的仪器，由于模量随温度变化，所以共振频率也 要随之变化。这样就难以严格地在固定频率下测定温度与试 样动态力学性质的关系。当然也难以在一个温度下，测定频 率对试样动态力学性质的影响。但是作为动态热机械分析要 求来说，由于频率仅在一定范围内变化，对得到的谱图作出 分析时影响不太大，所以它还是DMA常用的方法。
主要内容
绪 论 第一节 热重分析（TG）
第二节 差热分析(DTA)
第三节 差热扫描量热分析(DSC)
第四节 静态热机械分析(TMA)
第五节 动态热机械分析(DMA)
第四节 静态热机械分析(Thermomechanical analysis,TMA) 一、TMA的基本原理和仪器
在 程 序温 度控 制 下 ， 对 一物质施加非振荡负载，测 量物质的尺寸变化 ( 形变 ) 、 应力与温度的函数关系的技
4.强迫非共振法——粘弹谱仪
这种方法是目前最好的动态热机械测定法。由于它是强迫 非共振型。温度和频率是两个独立可变的参数，因此它可得 到不同频率下的DMA曲线。同时也可以得到不同定温条件下 的频率与动态力学参数的谱图。这种装置如示意图30所示。
单悬臂梁
拉伸
剪切
样品一端由夹具固定，另一端 由驱动轴固定，由马达施加弯 曲应力
图3.3 样品PU0和PU1.5的损耗角正切对温度的关系.
PS/PB
PVAc/PMA
PVAc-b-PMA
3.4 3.5
用DTA、DSC、TMA均可做上述分析实验。
热机械分析法
3.1.6 主要影响因素 1. 试样加工与安装 2.热历史对玻璃线膨胀系数的影响 玻璃的热历史对玻璃线膨胀系数的影响 淬火：玻璃成形后快速冷却 精密退火：玻璃成形后缓慢冷却 2. 加热速度对线膨胀系数的影响
3.1.7 实验数据处理 绘制膨胀曲线、计算平均线膨胀系数、求特征点的温度
标出特征点温度
在与试样所用相同的条件下(但并无试样)进行空白实验， 记录TMA曲线。 利用空白实验测得的数据校准试样测得的数据
3.2.6 TMA实验步骤
将试样置于样品支持器上 放置温度传感器使其尽量接近试样 利用位移转换器测定试样在实验开始时的长度L0 选择温度范围、升降温速率和所施负荷(按ISO 11359-2或ISO 11359—3或相关材料标准的要求) 记录与温度或时间关系的TMA曲线 比较空白实验曲线与实验所得的TMA曲线，并做所需的校准
L1
L1 T2 L13 T2T3T1L133 3 T 3 2 T 2 3 T 3
(5.1)
由于膨胀系数一般比较小，可忽略高阶无穷小。取一级近似：
3
(5.2)
在测量技术上，体膨胀比较难测，通常应用以上关系来估算材料 的体膨胀系数β已足够精确。
3.1.4 线膨胀系数（αL） 在实际工作中一般都是测定材料的线热膨胀系数。所以对
例：夹层玻璃
3.1.3材料的热膨胀系数 材料的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀
热膨胀通常用热膨胀系数表示
体积膨胀系数（αV） 相当于温度升高1时物体体积的相对增大值
设试样为一立方体，边长为L 。当温度从T1上升到T2时，体积也从 V1上升到V2 ，体膨胀系数
V
V2 V1
T2 T1
3.2 静态热机械分析法(TMA)
3-动态热机械分析解读
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
体热膨胀法：温度升高1度，试样体积膨 胀（或收缩）的相对量：
γ= △V /（V0 △T）
γ —体膨胀系数（1/K） V0—初始体积 △T—试验温度差
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
DIL 402 PC热膨胀仪 德国
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
第5章 3-动态热机械分析
Dynamic Thermal Mechanical Analysis, DMA
1 热机械分析 热膨胀法
1、零负荷测定
2、静态负荷测定
静态热机械 动态热机械
3、动态负荷测定
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
定义：在程序控温下，测量物质在可忽
略负荷时尺寸与温度关系的技术。
线热膨胀法 体热膨胀法
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析
千分表
负荷 介质 压头
温度
样品
例6 塑料维卡软化点测定（针入度）
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析
千分表
负荷 介质 压头
温度
样品
例6 塑料热变形温度测定（弯曲法）
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析
△L
PC PVC
LDPE HDPE
T/℃
例6 温度-弯曲形变曲线（弯曲法）
2 动态热机械分析 2-3 基本原理
线性粘弹性行为：
σ = ε0 E’ sin(ωt) + ε0 E’’ cos (ωt)
E’ = ( σ0 / ε0 ) COS δ E’’ = ( σ0 / ε0 ) sin δ
2 动态热机械分析 2-3 基本原理
E‘
Tanδ
玻璃化转变 α 次级松弛转变 δ γ
静态热机械分析及动态热机械分析
G*为切变模量时，
= E '+iE"
(3) 实数模量或储能模量(storage modulus)，反应 形变过程由于弹性形变而储存的能量，也叫弹 性模量（flexible modulus）. 与应变相差p/2的虚数模量，是能量的损耗部分, 为耗能模量.
因此在程序控温的条件下不断地测定高聚物 E’、E’’和tand值，
则 可 得 到 如 图 1 . 2 所 示 的 动 态 力 学 — 温 度 谱
（动态热机械曲线）。
图1.2 典型的高聚物动态力学-温度图谱
图1.3 典型非晶态高聚物的DMA温度谱.
二、动态热机械分析仪
动态热机械分析仪的种类很多。主要有： 1.扭摆法（TPA） 2.扭辫法（TBA） 3.强迫共振法DMA——振簧法 4.强迫非共振法——粘弹谱仪 强迫非共振法是目前最好的动态热机械测定法。由于它是强 迫非共振型，温度和频率是两个独立可变的参数，因此它可得 到不同频率下的DMA曲线。同时也可以得到不同定温条件下的
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
分子运动行为极为有用的方法。
如果施加在试样上的交变应力为 s ，则产生的应变为 e ，由 于高聚物粘弹性的关系其应变将滞后于应力，则 e 、 s 分别可 以下式表示。
s (t) = s0eiwt
(1)
e (t) = e0ei(wt -d)
(2)
一、高聚物的动态力学——温度行为
所谓动态力学是指物质在变负载或振动力的作用下所发生
的松弛行为。DMA就是研究在程序升温条件下测定动态模量
和阻尼随温度的变化一种技术。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、变联、相分
TMA、DMA
dε σ =ηγ =η dt
.
σ σ0
•
0 t1 t2 t
粘度η 剪切速率 γ
γ&
ε
1
ε2
η
形 变 与 时 间 有 关
σ
0
t1
t2
t
外 力 除 去 后 完 全 不 回 复
弹性与粘性比较
弹性 能量储存 形变回复 虎克固体 粘性 能量耗散 永久形变 牛顿流体
dε σ = ηγ& = η dt
高分子链结构对测定结果的影响
1.聚乙烯（PE） 2.聚苯乙烯（PS) 3.聚氯乙烯（PVC） 4.聚异丁烯（PIB） 5.聚酰胺（PA）
♥各类不同类型的聚合物，由于分子链结构的不同， 表现出的力学性能差异很大。 ♥2、3、4为无定型聚合物，其中PS链柔顺性差，Tg、 Tf很接近，即高弹态很窄，而PIB柔顺性较好，高 弹态平台很宽，PVC介于两者之间。1、5为结晶性 聚合物，由曲线看不到玻璃态向高弹态的转变，高 温温区一定范围内，形变量很小。
温度
20—1600
差示扫描量 热法 （DSC） ） 热重法 （TG） ） 静态热机械 法(TMA)
热量
-170—725
质量
20—1000
…样品尺寸发生的变 化 程序控温条件下，测 量材料的力学性能随 温度、时间、频率或 应力等改变而发生的 变化量
尺寸、体 积
-150—600
动态热机械 法(DMA)
力学性质
2.交联聚合物的温度-形变曲线
☻交联度较小时，存在Tg，但Tf随交联度增加而逐渐 消失。交联度较高时，Tg和Tf都不存在。
3.晶态聚合物的 温度-形变曲线
如图：2是一般分子量的晶态聚合物。 2'是分子量很大的晶态聚合物
动态热机械分析仪DMA原理及方法
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
目录 /目录
01
点击此处添加 目录标题
02
DMA基本原理
03
DMA实验方法
04
DMA在材料研 究中的应用实 例
05
DMA技术的发 展趋势和未来 展望
01 添加章节标题
02 DMA基本原理
精度和误差：高精度和低误差，确 保测试结果的准确性和可靠性
03 DMA实验方法
DMA实验步骤
准备样品：选 择合适的样品， 并进行必要的 处理和固定。
安装样品：将 样品安装到
DMA仪器的夹 具中，确保夹 具稳定且不会 对样品产生过
大的应力。
设定实验参数： 根据实验需求， 设置测试温度、 测试频率、振
动态热机械分析仪定义
DMA是一种用 于测量材料在 动态载荷下的 热机械行为的
测试仪器
它通过施加正 弦振动负荷并 测量其响应来 评估材料的力
学性能
DMA常用于评 估材料的粘弹 性、弹性模量、
阻尼等性质
在高分子材料、 复合材料、橡 胶、塑料等领 域有广泛应用
DMA工作原理简述
DMA通过测量样品在振动过程中施加力的变化来表征材料的力学性质。 DMA使用一个固定端和一个可动端之间的相对振动来测试样品的动态特性。 当振动施加力时，样品的形变会发生变化，导致施加的力与时间的关系曲线发生变化。 通过分析力与时间的关系曲线，可以获得样品的力学性质，例如弹性模量、阻尼等。
更高温度和压力下的DMA测量技术 新型DMA测量原理和方法的探索 DMA与其他测量技术的结合 DMA技术在材料科学、能源、环境等领域的应用拓展
热重分析-热机械分析
应考虑气氛与热电偶、 试样容器或仪器的元部件 有无化学反应，是否有爆
W
炸和中毒的危险等
CaCO3 CaO+CO2↑
气氛处于动态时应注意 其流量对测温精度的影响， 气流速度40~50 mL/min
如存在挥发物的再冷 凝，应加大热天平室气氛 的通气量
Temperature/ C
PBT53.8%，PTFE12.3%，热分解灰份3.8%，剩余物为玻纤
TG/%
DTG/%/min
2
100
TG
–21.6%
0
80 DTG
60
257.27C
–28.9% 467.3C
-2 –96.8% 734.3C total -4
40
–14.7%
383.7C
-6
20
NR/EPDM 混合物
TG/%
100 TG 90 DTG 80
191.2C
增塑剂 –29.0%
DTG/%/min 1
0
-1
70
-2
60
真空气氛
50
40 Vacuum 0.01 mbar
30 50 100 150 200
247.4C
-3
–31.4%
-4
-5 453.1C 250 300 350 400 450 500
Temperature/ C
TG/% 100
80
TG DTG
60
40
20
0 200 300
N2/O2 600C
DTG/%/min 10
0
–98.1%
630.6C
动态热机械分析
动态热机械分析概述动态热机械分析是一种用于研究热机械系统在动态工况下的性能和行为的方法。
它结合热学和机械学的理论，通过建立数学模型，并应用数值计算方法进行仿真分析，以便了解系统在不同工况下的响应和特性。
动态热机械分析通常用于评估热机械系统的可靠性、效率和性能，在设计过程中起到重要的作用。
它可以帮助工程师优化系统的设计，提高系统的工作效率，降低能耗，并检测系统中可能存在的问题。
研究内容动态热机械分析的研究内容主要包括以下几个方面：1.传热特性分析：传热是热机械系统中的重要过程之一，动态热机械分析可以通过建立传热模型，分析系统中的热传导、对流和辐射等传热过程，从而评估系统的传热特性和热能损失。
2.动力学行为分析：动力学行为是指热机械系统在动态工况下的响应和特性。
动态热机械分析可以通过建立动力学模型，分析系统的动态特性，如响应时间、稳态和非稳态运行等，以及系统的振动、冲击和共振等现象。
3.效率和性能评估：动态热机械分析可以通过建立能量平衡模型，分析系统的能量转换效率和能耗特性，从而评估系统的性能和效率。
它可以帮助工程师找到优化系统的方法，提高系统的工作效率，降低能耗。
4.故障诊断与预测：动态热机械分析可以通过建立故障模型，分析系统中可能发生的故障，如设备损坏、泄漏和堵塞等，以及故障对系统性能和效率的影响。
它可以帮助工程师提前检测系统中的问题，并采取相应的维修和保养措施，避免故障引发的不可预测的风险。
方法与工具动态热机械分析通常采用数值计算方法和仿真工具进行模拟和分析。
常用的方法和工具包括：1.有限元分析：有限元分析是一种常用的数值计算方法，可以用于建立热机械系统的数学模型，并进行仿真分析。
它通过将系统分割成小的有限元单元，利用离散数学方法求解微分方程，得到系统在不同工况下的解。
2.计算流体力学：计算流体力学是一种用于研究流体力学和传热问题的数值计算方法，可以用于分析热机械系统中的流动和传热过程。
它通过建立流体的数学模型和边界条件，利用数值计算方法求解流体的运动和温度场，从而分析系统的传热特性。
TMA、DMA(推荐文档)
观察某种力学响应 或力学松弛现象
低温下长时间观察 高温下短时间观察
较高温度下短时间内的粘弹 性能等同于较低温度下长时 间内的粘弹性能
两种条件下对应 的是同一种分子 运动机理
升高温度与延长时间能够达到同一个结果。 —— 时温等效
☺借助于一个平移因子aT，就可以将某一温度和频率 下测定的力学数据转变为另一温度和频率下的力 学数据。可以将不可能测定的极长时间或极短时 间的力学数据分别通过高温或低温记谱测得。
☺计算公式是WLF方程
lg aT
C1(T TS ) C2 T TS
式中Ts——参考温度，当Ts取Tg值时，C1=17.44，C2=51.6
三.热机械分析（TMA）
♫基本定义
在程序控制温度下测量物质的力学性质随温度 或时间变化的关系。它是研究和物质物理形态 相联系的体积、形状、长度和其它性质与温度
转变温度、应力应变关系 测定等
动态热机械 法(DMA)
程序控温条件下，测 量材料的力学性能随 温度、时间、频率或 应力等改变而发生的 变化量
力学性质
-170—600
阻尼特性，固化、胶化、
玻璃化等转变分析，模量 、粘度测定等
1.2 热分析的主要优点
1. 可在宽广的温度范围内对样品进行研究； 2. 可使用各种温度程序(不同的升降温速率)； 3. 对样品的物理状态无特殊要求； 4. 所需样品量可以很少(0.1g - 10mg)； 5. 仪器灵敏度高(质量变化的精确度达10-5)； 6. 可与其他技术联用； 7. 可获取多种信息。
热量
-170—725
与DTA大致相同，但能定量 测定多种热力学和动力学 参数，如比热、反应热、 反应速度等
热重法 （TG）
五大材料热性能分析方法（TG，TMA，DSC，DMA，DETA）
五大材料热性能分析方法（TG，TMA，DSC，DMA，DETA）以下为正文：热分析简介热分析的本质是温度分析。
热分析技术是在程序温度(指等速升温、等速降温、恒温或步级升温等)控制下测量物质的物理性质随温度变化，用于研究物质在某一特定温度时所发生的热学、力学、声学、光学、电学、磁学等物理参数的变化，即P = f(T)。
按一定规律设计温度变化，即程序控制温度：T = (t)，故其性质既是温度的函数也是时间的函数：P =f (T, t)。
材料热分析意义在表征材料的热性能、物理性能、机械性能以及稳定性等方面有着广泛的应用，对于材料的研究开发和生产中的质量控制都具有很重要的实际意义。
热分析简史回顾常用热分析方法解读根据国际热分析协会(ICTA)的归纳和分类，目前的热分析方法共分为九类十七种，常用的热分析方法包括热重分析法（TG）、差示扫描量热法(DSC)、静态热机械分析法(TMA)、动态热机械分析(DMTA)、动态介电分析(DETA)等，它们分别是测量物质重量、热量、尺寸、模量和柔量、介电常数等参数对温度的函数。
(1)热重分析(TG)热重法(TG)是在程序温度控制下测量试样的质量随温度或时间变化的一种技术。
应用范围：(1)主要研究材料在惰性气体中、空气中、氧气中的热稳定性、热分解作用和氧化降解等化学变化；(2)研究涉及质量变化的所有物理过程，如测定水分、挥发物和残渣、吸附、吸收和解吸、气化速度和气化热、升华速度和升华热、有填料的聚合物或共混物的组成等。
原理详解：样品重量分数w对温度T或时间t作图得热重曲线(TG 曲线)：w = f (T or t)，因多为线性升温，T与t只差一个常数。
TG曲线对温度或时间的一阶导数dw/dT 或 dw/dt 称微分热重曲线(DTG曲线)。
图2中，B点Ti处的累积重量变化达到热天平检测下限，称为反应起始温度；C点Tf处已检测不出重量的变化，称为反应终了温度；Ti或Tf亦可用外推法确定，分为G点H点；亦可取失重达到某一预定值(5%、10%等)时的温度作为Ti。
动态热机械分析
动态热机械分析动态热机械是指将动力学及热力学原理应用于工程设计的领域。
它主要研究各种动力机械在运行中产生的热和能量互换问题，解决机械系统中的能量转换、储存和传递等问题。
本文将从以下几个方面展开对动态热机械的分析：1. 动态热机械的基础理论动态热机械的理论基础有两部分，即动力学和热力学。
其中，动力学涉及机械能、动能、势能等概念，描述物体运动时的力学规律；热力学则研究热力学系统内所含的能量，以及它们之间的变化和转换过程。
通过这两部分知识的结合，动态热机械提供了一种处理热与动能之间相互作用的方法，使得在设计和优化机械系统时可以更加准确地估计能量使用和损失情况。
2. 动态热机械的应用动态热机械的应用范围非常广泛，包括航空航天、汽车和发电机等领域。
例如，在汽车领域，动态热机械将运动学和热力学应用于发动机、离合器和传动系统等部分，以优化燃油效率和功率输出；在航空航天领域，动态热机械则关注于推进系统中的各种动力元件，如涡轮风扇、引擎喷嘴等，使其能够更加高效地吸收并利用燃气能量。
3. 动态热机械的优化随着技术的不断更新和完善，人们开始集中精力研究如何最大限度地提高动态热机械的效率。
目前，一些先进材料、计算机辅助设计和新型测试技术正在被广泛应用于这一领域，从而更好地掌握和利用热和动能的转换规律。
以下是两个具体的例子：汽车发动机的优化：为了提高燃油效率，并降低车辆对环境的影响，目前采用了诸如直接喷射燃料、升级点火系统、改进排气管等技术手段。
此外，一些企业还投资研究新型发动机，如电动汽车和混合动力系统，通过利用多种能源来驱动车辆，从而更好地节约燃料和减少二氧化碳排放量。
风力发电机的优化：风力发电机是将风能转换为电能的一种设备。
为了提高它的效率和产生能力，人们不断尝试改进叶轮设计和气流管道结构，优化输电线路的电阻和损耗等方面。
例如，采用单独控制多个导向板的微调装置，可以更加精确地调整叶片方向来适应复杂的风向变化；同时，使用辨识模型和模型预测控制的方法可以更加有效地监测和控制发电机的运行状态及其输出功率与频率。
动态热机械分析仪DMA原理及方法
05
DMA技术发展趋势与挑战
技术创新方向探讨
更高频率范围
开发能够在更高频率下工作的DMA技术， 以满足对材料高频响应特性的研究需求。
多功能集成
将DMA与其他分析技术（如热分析、光学分析等） 相结合，实现多功能一体化分析。
智能化与自动化
利用人工智能和机器学习技术，提高DMA 测试的自动化程度和数据分析的准确性。
DMA可测定聚合物在不同温度和频率下的储能模量和损耗模量， 揭示材料的粘弹性行为。
蠕变与松弛行为研究
DMA可用于研究聚合物的蠕变和松弛行为，为材料长期性能预测 提供依据。
金属材料疲劳寿命预测
疲劳裂纹扩展速率
测定
DMA可测定金属材料在不同温度 和加载频率下的疲劳裂纹扩展速 率，为疲劳寿命预测提供关键参 数。
100%
温度控制
通过PID算法等精确控制加热元 件的功率，实现样品温度的精确 控制。
80%
温度范围
根据测试需求，加热系统可提供 从室温到高温（如600℃）的宽 温度范围。
冷却系统
冷却方式
采用液氮、压缩空气等作为冷 却介质，实现样品的快速冷却 。
温度控制
通过控制冷却介质的流量和温 度，精确控制样品的冷却速率 和最终温度。
现状
目前，DMA已经成为材料科学研究领域的重要工具之一，随着新材料和新技术的不断涌现，DMA的应用前景将 更加广阔。同时，DMA技术也在不断发展和完善，如高温DMA、高压DMA等新型仪器的出现，为材料科学研究 提供了更多的可能性。
02
DMA系统组成与功能
加热系统
80%
加热元件
通常采用电阻丝、红外线灯等作 为加热元件，提供均匀稳定的热 源。
与其他技术的联合应 用