热分析-DMA

这一技术与经典的静态力学方法相比 有下列特点：

第三，动态力学分析技术是测定高聚物的各种转变，评价 高聚物的耐热性、耐寒性、相容性、减震阻尼效率等的一 种简便方法，并可为研究高分子的聚集态结构提供信息。 因为高聚物的玻璃化转变、结晶、取向、交联、相分离等 结构变化都与分子运动状态的变化密切相关，而分子运动 的变化又能灵敏地反映在动态力学性能上，因而动态力学 分析是研究高聚物结构——分子运动——性能的一种有效 手段。
热分析之动态力学分析
(Dynamic Mechanical Analysis )

著名高分子物理学家A.V. Tobolsky曾说过： “如果对聚合物样品只允许你作一次实验，那 么所作的选择应该是一个固体试样在宽温度范 围内的动态力学实验”。

许多高聚物部件常常在动态载荷(交变载荷) 下使用，例如各种轮胎在转动中、塑料齿 轮在传动中，以及减震阻尼材料在使用中 都承受周期性变化的载荷作用。因此在设 计上述产品时，为了使设计方案更合理， 最好采用材料在动态测试条件下的力学性 能数据。
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200 0.0
0
温度 /℃
50
100
150
仪器 : NETZSCH DMA 242 文件 : 标识 : 1 日期/时间 : 2010-7-7 10:05:06 实验室 : 413 操作者 : t 项目 : 1 样品/形状 : pf/立方体
C:\Documents and Settings\TG\桌面\pf-2.dm2 样品尺寸 : 32.000x3.100x0.490 mm 变形模式 : 双悬臂 2x16 振幅 : 30.00 um DF/CSF : 2.00 N / 0.00 N PF : 0.00 材料 : pu
校正 : 校正 : 校正 : 校正 : 温度校正 :
401dynamic_mass.mm2 401ESC.em2 INITIAL3.cm3 401_1a16_rotation_tuning.rm2 TCALZERO.TMX
E'' /MPa E' /MPa 峰值: -54.9 ℃, 1186 MPa 起始点: -59.1 ℃ tgδ 0.8
-120.0/3.0(K/min)/150.0 1/1 1Hz;5Hz;20Hz 0 ml/min 3e-005/0.1 - 7
校正 : 校正 : 校正 : 校正 : 温度校正 :
401dynamic_mass.mm2 401ESC.em2 INITIAL3.cm3 401_1a16_rotation_tuning.rm2 TCALZERO.TMX

表征高聚物材料阻尼特性的应用 在飞机、建筑等结构中为了吸震、防震或吸音、 隔音都要用到阻尼材料。 阻尼材料要求材料具有高内耗，即要求tgδ 大．理想的阻尼材料应该在整个工作温度范围 内都有较大的内耗，即要求材料的tgδ-T：曲 线变化平缓．

评价材料耐环境能力 评价内容往往包括两方面：高聚物材料老化前 后的性能变化；分沂造成性能变化的结构变化 本质．
德国Netzsch（热分析的领跑者）
动态力学分析仪 型号 DMA242C
DMA242结构示意图

各种形变模式的介绍
三点弯曲：样品搁于两个支点上，推杆顶端从上往下对样品 施加负载。两个支点间的距离遵从 DIN 53457 标准，共有 10 到 50 mm 四档可选。该形变模式适合于高储能模量的样 品，如填充或增强型的热塑性塑料与热固性树脂（复合材 料），以及金属、合金、陶瓷、玻璃等。
0.6
[1]
12000 10000
[1]
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0.5
1000
0.4
800
8000 6000 4000
[1] [1] [1]
0.3
600
0.2 400 0.1
2000
[1] [1] [1]
200 0.0
-100
主窗口 2010-10-19 16:24 用户: TG
-50
C:\Documents and Settings\TG\桌面\pf-2.dm2 样品尺寸 : 32.000x3.100x0.490 mm 变形模式 : 双悬臂 2x16 振幅 : 30.00 um DF/CSF : 2.00 N / 0.00 N PF : 0.00 材料 : pu
动态力学分析(Dynamic Mechanical Analysis )

简称DMA,基本原理是在程序控制温度下，测量物质在振 动负荷下的动态模量和阻尼与温度关系的一种技术．广泛 应用于热塑性与热固性塑料、橡胶、涂料、金属与合金、 无机材料、复合材料等领域。

测量材料的如下特性：储能模量（刚性）；损耗模量 （阻尼）；粘弹性；蠕变与应力松弛；玻璃化转变； 软化温度；二级相变；固化过程等。
双悬臂弯曲：样品的两端及中心负载点均被夹紧。该模式 特别适合于中等模量的样品（橡胶，热塑性塑料等）。可 选的支架包括从 2 到 32 mm 三种不同的弯曲长度。若样 品一端不夹，则为单悬臂模式。
压缩：样品（橡胶，泡沫，生物高分子，糊状材料等）置于 样品支架的平面上，从上往下使用端面为平盘的推杆施加压 力。端面直径有多种规格可选，最大为 30mm。若推杆的顶 端为针状而非平盘状，则为针入模式，较适合于测试涂层一 类的材料。
温度范围 : 温度段 : 频率 : 气氛 : 流量 : 平滑 :
-120.0/3.0(K/min)/150.0 1/1 1Hz;5Hz;20Hz 0 ml/min 3e-005/0.1 - 7
校正 : 校正 : 校正 : 校正 : 温度校正 :
401dynamic_mass.mm2 401ESC.em2 INITIAL3.cm3 401_1a16_rotation_tuning.rm2 TCALZERO.TMX
[1]
104 9 8 7 6 5 4 3
1200 0.7 1000
0.6
0.5 800 0.4
2 峰值: -47.0 ℃, 0.217
峰值: 136.9 ℃, 516.9 MPa
[1]
600 0.3
0.2 103 9 8 7 6 -50
主窗口 2010-10-19 15:50 用户: TG
400
0.1
C:\Documents and Settings\TG\桌面\pf-2.dm2 样品尺寸 : 32.000x3.100x0.490 mm 变形模式 : 双悬臂 2x16 振幅 : 30.00 um DF/CSF : 2.00 N / 0.00 N PF : 0.00 材料 : pu
温度范围 : 温度段 : 频率 : 气氛 : 流量 : 平滑 :
实验条件

聚氨酯材料：来源于巴斯夫公司的涂饰剂pf 形变模式：双悬臂弯曲 实验仪器：动态力学分析仪 型号 DMA242C（德国Netzsch）
E'' /MPa E' /MPa tgδ
18000 16000 14000
1.000 Hz 5.000 Hz 20.000 Hz
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0.8 1400 0.7 1200
皮革涂饰剂的材料DMA评价试验

聚氨酯(polyurethane，PU)作为一种新兴的皮 革涂饰材料，已经在制革整饰领域里应用开来， 并越发受到人们的重视，特别是水性聚氨酯涂 饰剂。

聚氨酯又称聚氨基甲酸酯，它是由二元或多元 异氰酸酯与二元或多元羟基化合物作用而成的 高分子化合物的总称。PU所成薄膜柔软平滑， 光泽宜人，并具有耐摩擦、耐曲折、耐老化、 耐热、耐寒及抗溶剂等优良性能，是皮革涂饰 剂最理想的成膜物质之一。
E'' /MPa E' /MPa 1 2 104 峰值: -52.1 ℃, 1356 MPa 起始点: -56.8 ℃ tgδ 0.50
[1]
1400 0.45 0.40 0.35 1200
5 峰值: -43.3 ℃, 0.244
1000 0.30 0.25 0.20 峰值: 139.8 ℃, 551.4 MPa
C:\Documents and Settings\TG\桌面\pf-2.dm2 样品尺寸 : 32.000x3.100x0.490 mm 变形模式 : 双悬臂 2x16 振幅 : 30.00 um DF/CSF : 2.00 N / 0.00 N PF : 0.00 材料 : pu
温度范围 : 温度段 : 频率 : 气氛 : 流量 : 平滑 :
拉伸：拉伸模式适合于测量薄膜，纤维或薄的橡胶条。 样品的下端被固定在支架上，上端夹在顶杆上进行振荡 测试。
DMA工作曲线 ------典型非晶态高聚物的DMA温度谱
动态力学分析技术的应用

高聚物的玻璃化转变温度的测定 玻璃化温度Tg是度量高聚物链段运动的特征温 度，在Tg以下，高聚物处于玻璃态，储能模量 大；在Tg以上，非晶态高聚物进入橡胶态，E” 和损耗因子在转变区达到最大值。 Tg是非晶态塑料的使用温度上限，是橡胶的 使用温度下限，测定Tg无论对橡胶和非晶塑料 都具有重要意义。
这一技术与经典的静态力学方法相比 有下列特点：

第一，动态力学分析通常只需要用一个很小的试样就可以 在宽阔的频率或温度范围内连续地进行测定，因而可在较 短的时间内获得材料的动态力学性能频率谱或温度谱。

第二，对于在动态载荷条件下使用的产品，动态测量结果 比静态测量结果更接近实际，因而对产品设计更重要。
0
温度 /℃
温度范围 : 温度段 : 频率 : 气氛 : 流量 : 平滑 :
50
100
仪器 : NETZSCH DMA 242 文件 : 标识 : 1 日期/时间 : 2010-7-7 10:05:06 实验室 : 413 操作者 : t 项目 : 1 样品/形状 : pf/立方体
-120.0/3.0(K/min)/150.0 1/1 1Hz;5Hz;20Hz 0 ml/min 3e-005/0.1 - 0
动态力学分析技术的应用

评价材料的耐寒性和低温韧性 DMA图谱不仅提供了一种评价材料的耐寒性和 冲击韧性的有效方法，而且试样制备简单，重 现性好． 评价塑料耐寒性的主要依据是测定塑料低温损 耗峰的位置和强度。 评价橡胶耐寒性的依据主要是它的Tg的高低。

未知构科的初步分析 对未知材料进行一次DMA扫描：将所得到 DMA曲线与已知材料的DMA曲线进行对照， 便可初步确定待测材料的类型
600
0.10 400 2
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0.05 200 103 -50
主窗口 2010-10-19 15:54 用户: TG
0
温度 /℃
50
100
150
仪器 : NETZSCH DMA 242 文件 : 标识 : 1 日期/时间 : 2010-7-7 10:05:06 实验室 : 413 操作者 : t 项目 : 1 样品/形状 : pf/立方体
-120.0/3.0(K/min)/150.0 1/1 1Hz;5Hz;20Hz 0 ml/min 3e-005/0.1 - 7
校正 : 校正 : 校正 : 校正 : 温度校正 :
401dynamic_mass.mm2 401ESC.em2 INITIAL3.cm3 401_1a16_rotation_tuning.rm2 TCALZERO.TMX
[1]
800
600
2
0.15 0.10 0.05 400
[1]
200
-50
主窗口 2010-10-19 15:52 用户: TG
0
温度 /℃
50
100
150
仪器 : NETZSCH DMA 242 文件 : 标识 : 1 日期/时间 : 2010-7-7 10:05:06 实验室 : 413 操作者 : t 项目 : 1 样品/形状 : pf/立方体
E'' /MPa E' /MPa 105 峰值: -49.6 ℃, 1452 MPa tgδ
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0.30 5 峰值: -40.8 ℃, 0.251 0.25 2 0.20 104 起始点: -54.3 ℃ 0.15 5 峰值: 143.5 ℃, 569.7 MPa
[1]
1400
1200
1000
800