DMA-Introduction 动态热力学分析仪简介
全球最先进动态热机械分析仪DMA
全球最先进动态热机械分析仪MICOFORCE 米力光动态热机械分析仪DMA可以测量的材料范围非常的宽。
如：弹性体、热塑性塑料、热固性流体、复合材料、涂料和胶粘剂、陶瓷、金属等。
特别是高分子材料方面应用最为广泛，由于其粘弹本质，其机械性能具有温度和频率的依赖性。
DMA测量的材料性能包括：模量、阻尼、玻璃化温度、软化温度、固化速率和固化度、粘度、凝胶点、吸声性和抗冲击性、蠕变、应力松弛等性能。
橡胶动态热机械分析仪DMA，复合材料动态热机械分析仪DMA，金属动态热机械分析仪DMA,陶瓷动态热机械分析仪DMA.橡胶动态热机械分析仪可以用于聚氨酯、生胶, 母胶和混炼胶、天然橡胶、丁腈橡胶、未硫化橡胶、硫化橡胶、环保油丁苯橡胶、充芳烃油丁苯橡胶、锡偶联溶聚丁苯橡胶、塑性丁苯橡胶、反式异戊橡胶釜内合金TPIR、乳聚丁苯橡胶ESBR、溴化丁基橡胶BIIR、和子午线轮胎的动态弹性模量BOSE Electroforce DMA是目前国际上动态力和静态力最高的、变范围应最宽、温度范围最大的材料动态热机械分析仪，适用于塑料、橡胶、复合材料、纤维、陶瓷、金属、食品、医药、轮胎、航空航天特种材料等众多高端科研领域。
BOSE 公司是世界500强公司，采用了全世界最先进的电磁驱动技术，把静态力和动态力做到最高，使得仪器拥有无与伦比的驱动控制能力和测试精度，测试数据重复性特别好。
通过dma测试，可以得到材料的动态模量、损耗角、阻尼等动态粘弹性能，考察材料的动态性能随温度、频率、时间的依赖关系，了解材料的组成和内部结构信息，指导材料配方设计和新材料研发。
由于材料动态力学测试的目的是要考察试样的微观内部结构和组成对材料实际宏观应用性能的影响，因此一款高性能和高精度的动态力学分析仪是十分必要的，而dma则是您的最佳选择！由于Electroforce3550的动态力高，因此，除了常规的塑料树脂类材料测试外，还擅长测试各种金属、橡胶、弹性体、高强度复合材料、金属陶瓷等的动态拉伸、压缩、剪切等动态力学性能。
动态热机械分析仪DMA原理及方法
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目录 /目录
01
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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
动态热机械分析仪DMA原理及方法
D
6
二、聚合物的玻璃态、高弹态及粘流态
1、玻璃态： ?物质处于晶态时肯定是固体，处于非晶态时可能是固体，
也可能是液体。
?许多非晶态塑料在室温下处于液态结构的固体；从分子
凝聚态来看，分子排列只有近程有序而无远程有序，应属
液态结构；而从力学状态看，具有一定的体积与形状，又
属固体。
玻璃态的普弹性：
?固体材料如金属、陶瓷(包括玻璃)等，在力学性能上有
D
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橡胶弹性的热力学驱动力是体系自发趋向于熵最大的状态 ?对于碳-碳高分子链，从不受外力作用时的卷曲状态到外 力作用下完全伸直的状态，伸长比近似地正比于N1/2，N 是该高分子主链上包含的单键数。 ?对高分子而言，N是一个远远超过100的值，因此高弹形 变可高达百分之几百或更大。 ?这种高弹形变的机理与普弹形变的机理完全不同，普弹 形变主要是应力引起原子或离子间键长、键角的变化所致， 如下图(b)
D
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2、高弹态： ?高聚物在一定的条件下具有一种其他材料不可能呈现的 状态-橡胶态，也称高弹态。 ?高弹态，其凝聚态，属液态；其力学状态，属固体。其 最明显的特点是能产生高达百分之几十到百分之一千的弹 性形变，称为高弹形变。 ?高聚物呈现高弹性原因是高分子链长而柔，在未受外力 作用时，呈无规线团状，而在外力作用下，线团沿外力方 向伸展；外力除去后，分子又自动回复到无规线团状态， 如下图(a)
一个共性，那就是具有弹性。
?在外力作用下立即发生形变，外力除去后，形变立即回
复，形变对外力的响应是瞬间的，如下图所示
D
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?这种弹性形变很小，例如，小于1% ?形变较大时，金属材料可能发生不可回复的塑性变形， 陶瓷材料可能发生脆性断裂。 ?高聚物固体材料在小形变下也具有上述弹性。这种普遍 存在的弹性称为普弹性。
动态热机械分析仪DMA原理及方法
DMA研究生
实用文档
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三、高聚物性能与时间的关系 进一步研究高聚物的力学性能，发现它们的性能与时间有关。 所谓与时间有关，是指同一种高聚物材料的力学性能，如刚 度、强度、韧性、阻尼等，都会随试验频率、升温速率、观 察时间等时间因素的变化而发生明显的变化。 有机玻璃在常温下快速拉伸时，是典型的脆性材料，而在慢 速拉伸时，能够屈服并在屈服后继续，产生很大的形变，这 种形变表面上似是塑性形变，实质上却是高弹形变。 橡胶材料，在低频应力作用下表现得柔软而富弹性，但在高 频作用下，会变得相当刚硬。 这类弹性随时间变化，统称为高聚物弹性中带有一定的粘性。
DMA研究生
实用文档
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二、聚合物的玻璃态、高弹态及粘流态
1、玻璃态：
物质处于晶态时肯定是固体，处于非晶态时可能是固体，
也可能是液体。
许多非晶态塑料在室温下处于液态结构的固体；从分子
凝聚态来看，分子排列只有近程有序而无远程有序，应属
液态结构；而从力学状态看，具有一定的体积与形状，又
属固体。
玻璃态的普弹性：
DMA研究生
实用文档
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2、高弹态： 高聚物在一定的条件下具有一种其他材料不可能呈现的 状态-橡胶态，也称高弹态。 高弹态，其凝聚态，属液态；其力学状态，属固体。其 最明显的特点是能产生高达百分之几十到百分之一千的弹 性形变，称为高弹形变。 高聚物呈现高弹性原因是高分子链长而柔，在未受外力 作用时，呈无规线团状，而在外力作用下，线团沿外力方 向伸展；外力除去后，分子又自动回复到无规线团状态， 如下图(a)
固体材料如金属、陶瓷(包括玻璃)等，在力学性能上有
一个共性，那就是具有弹性。
在外力作用下立即发生形变，外力除去后，形变立即回
动态热机械分析仪
动态热机械分析仪动态热机械分析仪（DMA）是一种用于测量材料热力学和机械性能的仪器。
它结合了热分析和力学分析的原理，可以对材料的热膨胀、玻璃态转变、塑性变形等性质进行研究分析。
本文将从仪器原理、应用领域以及未来发展进行详细介绍。
首先，动态热机械分析仪的原理是通过施加一定频率和振幅的力学载荷，在一定温度范围内对材料进行热力学和动态机械分析。
其主要包括四个组成部分：1.热环境：通过热流控制装置，可以控制样品与环境之间的温度差。
这样可以在一定温度范围内精确测量材料的热膨胀系数和玻璃态转变等热力学性质。
2.力学装置：通过加载系统对样品施加力学载荷。
可以控制载荷的频率、振幅和形状，以模拟材料在不同载荷条件下的力学响应。
3.测量装置：通过传感器和检测设备，可以测量材料的热力学和机械性能。
比如测量材料的热膨胀、表面形貌、动态模量等性质。
其测量原理可以通过电阻应变计、差示扫描量热计、动态机械分析等技术实现。
4.数据处理和分析软件：通过将测量得到的数据进行处理和分析，可以得到材料的力学响应和热力学性质的参数。
如杨氏模量、损耗因子、玻璃态转变温度等。
1.聚合物材料研究：由于聚合物在温度变化下会发生膨胀和收缩，动态热机械分析仪可以测量聚合物的热膨胀性能，从而了解其材料稳定性和使用寿命。
2.不锈钢和合金腐蚀分析：动态热机械分析仪可以通过测量材料的热膨胀性能和动态模量等参数，评估不锈钢和合金在高温和腐蚀环境下的稳定性。
3.复合材料研究：动态热机械分析仪可以用于评估各种复合材料的热膨胀性能和力学强度，优化材料配方和工艺，提高材料的性能和使用寿命。
4.高分子材料研究：动态热机械分析仪可以测量高分子材料的玻璃化温度和疲劳性能，为材料设计和应用提供依据。
最后，未来发展趋势方面，动态热机械分析仪将进一步发展：1.提高测量精度和分辨率，以应对新材料和新应用的需求。
2.开发多功能和多学科结合的测试仪器，将热分析、力学分析和光学分析等多个技术相结合，提供更全面的材料性能评估和分析。
动态热机械分析仪 DMA DMA242C
动态热机械分析仪 DMA DMA242C动态热机械分析仪（DMA TMA DMTA）仪器描述仪器说明仪器标签动态热机械分析仪（DMA）为使样品处于程序控制的温度下，并施加随时间变化的振荡力，研究样品的机械行为，测定其储能模量、损耗模量和损耗因子随温度、时间与力的频率的函数关系。
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。
主要特点：1.傅立叶分析法,出色的信噪比。
2.完善的仪器校正。
3.样品支架（测量模式）: 三点弯曲, 单/双悬臂, 压缩, 针入, 线性剪切和拉伸。
4.根据用户需要可提供特殊样品支架，如测量粘性液体或特硬刚性样品。
5.可以和介电法树脂固化监测仪 DEA 联用，进行同步 DMA-DEA 分析，对热固性树脂的固化行为进行全面的表征。
技术参数：形变模式：- 三点弯曲- 单／双悬臂弯曲- 剪切- 压缩／针入- 拉伸- 其他特殊模式（单悬臂+自由推杆模式等）测量模式：- 标准模式- TMA 模式- 蠕变／松弛模式（选件）- 应力／应变扫描模式（选件）温度范围：-170℃ ... 600℃升降温速率：0 ... 20 K/min降温时间: 10 min (20℃ ... -150℃)频率范围：0.01Hz ... 100 Hz施加力范围：静态力最大 8 N，动态力最大 ± 8 N应变振幅范围：最大 ± 240 μm储能模量（E'）范围: 10-3 MPa ... 106 MPa阻尼(tanδ)范围: 0.00006 (10)气氛：惰性、氧化、静态、动态单路气体流量计（可选）循环水浴（可选）浸入式测试容器（可选）© 2005-2009 必和国际贸易(香港)有限公司版权所有，并保留所有权利。
上海市长乐路989号2006室，邮编：200031，电话：021-********,136********，, info@file:///D|/webtopdf/动态热机械分析仪 DMA DMA242C动态热机械分析仪（DMA TMA DMTA）.htm[2010-1-8 22:56:55]。
dma研究方法
dma研究方法
DMA（动态热机械分析仪）被广泛用于材料的粘弹性能研究，可获得材料的动态储能模量、损耗模量和损耗角正切等指标。
DMA测试原理是根据不同力学形态下弹性模量的变化来进行测试的。
在测试过程中，会对测试样品按照程序进行升温，同时施加周期性振荡的振荡力，以确定材料的弹性模量，同时测试材料的某些特征点，如玻璃化转变温度Tg值。
DMA使一定几何形状的样品产生一个正弦形变。
这样，样品能够经受一个可控的应力或应变。
如果应力一定，那么样品将产生一定程度的形变。
形变的大小与样品的刚度有关。
里面的电动机产生正弦波，并通过驱动轴传送到样品上。
驱动轴的柔度及用来固定驱动轴的稳定轴承显著地影响测试效果。
DMA的主要用途是用于聚合物材料的Tg测定、频率对PET模量和玻璃化转变的影响、乙烯基酯的次级转变测量、薄膜粘接涂层的作用效果、印刷线路板的表征、弹性体中碳黑的作用效果、用蠕变表征包装薄膜、用时间/温度叠加原理(TTS)预估材料的性能等方面的应用。
动态热机械分析仪
动态热机械分析仪动态热机械分析仪简介动态热机械分析仪是一种用于研究材料的物理特性和性能的分析工具。
它采用了动态机械载荷和热量加热的方法，通过监测样品在不同温度和应力条件下的热力学响应，来研究材料的热膨胀、热导性、热变形和热分解等特性。
动态热机械分析仪广泛应用于塑料、高分子材料、陶瓷、金属、复合材料等领域的材料研究和生产过程中。
动态热机械分析仪的工作原理动态热机械分析仪通过施加动态载荷和热量加热来模拟材料在实际使用条件下的力学和热学环境。
它由一个电炉、一个机械载荷系统和一个检测系统构成。
在实验中，样品被夹在两个机械夹具之间，然后施加动态载荷和恒定温度。
在载荷作用下，样品会发生热膨胀和热变形，通过检测样品的力学和热学响应，可以获得材料的热力学性质。
动态热机械分析仪的应用动态热机械分析仪可以用于研究材料的热膨胀性能。
材料的热膨胀是指随着温度的升高或降低，材料的体积发生变化的现象。
热膨胀性能对于很多工程应用来说是非常重要的，比如在航空航天、电子器件和建筑结构等领域。
通过动态热机械分析仪，可以测量材料在不同温度下的热膨胀系数，并进一步研究其与温度之间的关系。
此外，动态热机械分析仪还可以用于研究材料的热导性能。
热导性是指材料传导热量的性能，它与材料的导热系数和温度梯度有关。
测量材料的热导性能对于研究材料的导热机制和改善热耗散效果非常重要。
通过动态热机械分析仪，可以测量材料在不同温度下的热导率，并进一步研究其与温度和材料结构之间的关系。
此外，动态热机械分析仪还可以用于研究材料的热变形性能。
材料的热变形是指在高温下受力作用下的变形行为。
研究材料的热变形性能对于设计和制造高温工作环境下的零部件和结构件非常重要。
通过动态热机械分析仪，可以测量材料在不同应力和温度条件下的热变形行为，并进一步研究其与材料的晶体结构和成分之间的关系。
此外，动态热机械分析仪还可以用于研究材料的热分解性能。
材料的热分解是指在高温下分解为不同组分的过程。
DMA 基本原理
耐驰仪器（上海）有限公司 应用实验室 张红
2007. 8.
上图中绿色曲线是储能模量 E’，代表了材料的刚性部分；蓝色曲线是损耗模量 E’’，代表了 材料的阻尼部分；红色曲线是损耗因子 tgδ，为损耗模量与储能模量的比值，代表了材料 吸收外加能量的能力。每一类曲线均包含不同线型的多条线，此为多频扫描在不同频率下的 结果。可以通过分析软件对各自曲线进行分析。 NETZSCH 的动态机械分析仪 DMA 242 C 有如下六种测量模式：
动态热机械分析仪(DMA)设备安全技术措施
动态热机械分析仪(DMA)设备安全技术措施动态热机械分析仪（DMA）是一种重要的材料分析仪器，用于研究材料的热力学和机械性能。
DMA设备广泛应用于材料科学、生物材料、粘弹性等领域。
为了确保DMA设备的安全使用，必须采取一系列技术措施来预防事故的发生。
下面是DMA设备安全技术措施的具体内容。
1. 设备安装1.1 安装场地：为确保设备的稳定性和精度，DMA设备应该安装在地面平稳、通风良好、环境温度适宜的场地。
1.2 安装要求：在安装DMA设备的过程中，需要严格按照厂家提供的安装手册进行操作，并确保安装基础稳定、电源接地可靠，并正确连接电气线路。
2. 操作安全2.1 操作指南：DMA设备的操作必须由经过专业培训的人员进行。
在操作DMA设备之前，必须仔细阅读设备的操作手册，严格按照手册中的操作步骤进行操作。
2.2 实验准备：在进行实验时，必须准备好所需的材料和试剂，并根据实验需求检查好设备的各个部件是否处于正常工作状态。
2.3 实验操作：在实验操作期间，必须严格遵守实验室安全规定，在操作过程中必须佩戴防护用品，如手套、护目镜等。
同时，必须注意确保实验室内的通风良好，以预防有害气体和粉尘的危害。
3. 维修和保养3.1 安全保养：DMA设备的维修和保养必须由熟悉设备的专业技术人员进行。
在进行设备的保养和维修时，必须严格按照厂家提供的操作步骤进行操作，以确保设备的安全性。
3.2 损坏部件更换：如果设备的部件损坏，必须及时更换，并确保更换的部件符合厂商规定的规格和要求。
3.3 定期检查：DMA设备需要定期检查，以确保设备的性能和安全性。
在定期检查时，必须根据厂家提供的操作手册进行操作，以确保检查的准确性。
4. 废弃处理4.1 设备的处理：在DMA设备报废或无法再使用时，必须严格按照国家和地方有关法律法规对设备进行处理。
在处理设备时，必须选用符合规定的处理方式，并防止污染和造成环境的不良影响。
4.2 化学废物处理：对于DMA设备和实验中产生的化学废物，必须按照国家和地方有关法律法规进行安全处理，以预防对人体和环境造成危害。
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I = Geometric Moment
(distance between clamps)
1 12
T3=W
for rectangular samples
A = Cross Sectional Area = Poisson's Ratio
F = Clamping Factor (~ 0.9) S = Shearing Factor (~1.5)
elasticity of material. The ability of the material to store energy.弹性储存能指 标
G' = (stress/strain)cosd
粘性 (损耗)模量:
The ability of the material to dissipate energy. Energy lost as heat.变形消耗 能量指标
➢The complex stress can be separated into two components: 1) An elastic stress in phase with the strain. s' = s*cosd s' is the degree to which material behaves like an elastic solid. 2) A viscous stress in phase with the strain rate. s" = s*sind s" is the degree to which material behaves like an ideal liquid.
log Frequency
(E' or G') (E" or G")
Temperature
log Time
log Time
100.0 100.0 25.0 50.0
0.01000 75.0 100.0 125.0 150.0 175.0 200.0 225.0 250.0
temperature (Deg C)
固体的流变学?
➢流变学
➢研究物质流动与 形变 的科学.
研究固体聚合物流变学的重要性
➢ 高聚物的广泛使用
➢ 所需的力学性能 ➢ 经济适用
➢ 对于聚合物的广泛应用, 聚合物的力学性能被认为是在
聚合物的所有 物理和化学性能中最重要的性能
➢ 聚合物在应用过程中常须考虑的几个重要因素
➢ 需要力学行为的基础知识 ➢ 需要了解力学行为是如何被变化的因素所改变的
Sample
Displacement Sensor - Measures Strain
Motor Applies Force (Stress)
内部结构截面图
SAMPLE
AIR BEARING OPTICAL ENCODER
BIFILAR-WOUND FURNACE CLAMPS LOW MASS, HIGH STIFFNESS CLAMPING FIXTURES
d = 90°
Strain
Strain
动态力学测试:粘弹性材料响应
Strain Stress
Phase angle 0° < d < 90°
DMA 粘弹性参数:复合, 弹性, & 粘性应力
➢The stress in a dynamic experiment is referred to as the complex stress s*
SUPER BALL
LOSS
TENNIS
X BALL
STORAGE
DMA 粘弹性参数: 阻尼, tan d
Dynamic measurement representengle d
G'
The tangent of the phase angle is the ratio of the loss modulus to the storage modulus.
DMA 夹具选择指导
样品
夹具
夹具尺寸
High modulus metals or composites
3-point Bend Dual Cantilever Single Cantilever
Unreinforced thermoplastics or Single Cantilever thermosets
Glassy Region
Transition Region
Rubbery Plateau
Region
Terminal Region
Storage Modulus (E' or G') Loss Modulus (E" or G")
Temperature
粘弹性图谱
(E' or G') (E" or G")
流变学
典型无定形聚合物的粘弹性图谱
玻璃态
很僵硬的固体
转变区域
橡胶平台区
终端区域
粘弹液体
硬至软的橡胶
储存模量 (E' or G') 损耗模量 (E" or G")
Temperature
固体的变形和模量
➢在施加的应力下，所有的材料会在形状或体
积或二者兼而有之 发生变化
➢模量测量的是施加外力时，材料抵御形变的
动态力学或振荡测试
动态力学测试
An oscillatory (sinusoidal) deformation (stress or strain) is applied to a sample.
The material response (strain or stress) is measured.
Training DMA
DMA Components
Q800 DMA 的内部结构图
Dynamic Mechanical Analyzer (DMA)
测量的实验变量： 时间、频率、温度、应力、力、位移、应变 测量的材料性质： 模量、阻尼、蠕变、应力松弛、玻璃化转变、软化点
DMA 是热分析技术还是流变技术
➢ 定义 ➢ 热分析 测量物质的物理性质与温度或时间的函数关系 ➢ 流变学是研究就物质流动和形变的科学 ➢ DMA 是一类仪器的总称，它指的是先机械给予样品形
变 尔后测量样品对于这种形变的响应. 形变可以通过 正弦波的形式施加, 或通过恒定 (或步阶) 方式, 或以固 定速率的方式施加. 可监控这种形变响应与温度或时间 的函数关系 。
50. 00
time (s)
100. 0
150. 0
200. 0
250. 0
TA Instruments
1.000E7 1.000E7
10.00
c om plianc e (m ^ 2/N)
0 0 2. 5000E-4 5. 0000E-4 7. 5000E-4 1. 0000E-3 1. 2500E-3 1. 5000E-3
形变 响应
The phase angle d, or phase shift, between the deformation and response is measured.
相位角 d
动态力学测试:经典极限响应
理想弹性响应 (胡克固体)
d = 0°
Stress
Stress
理想粘性响应 (牛顿流体)
time (s)
100.0
150.0
TA Instruments
200.0
250.0
c om plianc e (m ^2/N )
0 0 5. 0000E-8 1. 0000E-7 1. 5000E-7 2. 0000E-7 2. 5000E-7 3. 0000E-7 3. 5000E-7 4. 0000E-7 4. 5000E-7
gc = Critical Strain
Strain (amplitude)
频率扫描: 材料响应
终端区域
橡胶平台区 域
转变区域
类似于玻璃区
12
Storage Modulus (E' or G') Loss Modulus (E" or G")
log Frequency (rad/s or Hz)
动态升温 或步阶恒温扫描: 材料响应
tan d = G"/G'
"TAN DELTA" (tan d) is a measure of the damping ability of the material.
动态应变扫描: 材料响应
线性区域: 模量与应变 无关
非线性区域: 模量是应变的函数
E' or G'
Stress
Constant Slope
➢ 聚合物的物理结构 ➢ 力学性能会发生多大程度的变化
基本参数和单位
➢应力 = 力 /面积[Pa, 或 dyn/cm ] 2
➢ s = 拉伸应力, t = 剪切应力
➢应变 = 几何形状改变 [无单位]
➢ e = 拉伸应变, g = 剪切应变
. . ➢应变 或剪切速率 = 速度梯度 或d(strain)/dt [1/s]
G" = (stress/strain)sind
Tan Delta:
Measure of material damping - such as vibration or sound damping.损耗因 子
Tan d= G"/G'
Storage and Loss of a Viscoelastic Material
能力
➢模量 = 应力/应变