DMA動態力學分析基本原理和應用 -上海劑拓材料科技公司分享

動態力學行為是指材料在振動條件下，即在交變應力（交變應變）作用下做出的力學響應，即力學性能(模量、內耗)與溫度、頻率的關系。測定材料在一定溫度范圍內動態力學性能的變化就是動態力學熱分析（Dynamic Mechanical Thermal Analysis，簡稱DMTA）或動態力學分析（ Dynamic Mechanical Analysis，簡稱DMA）

動態熱機械分析儀可測量材料的如下特性：儲能模量（剛性）；損耗模量（阻尼）；粘彈性；蠕變與應力松弛；玻璃化轉變；軟化溫度；二級相變；固化過程。

1.        DMA原理

(1)聚合物的粘彈行為  

（a）彈性變形體系：應力與應變成正比，滿足胡克定律；外力去除后，變形可以完全恢復。外力所做的功完全轉化為體系的勢能。

（b）粘性體系：外力作用下所產生的變形完全不能恢復，外力對體系所做的功完全轉化為熱能消耗掉。

（c）粘彈性體系：在外力作用下，聚合物分子鏈由卷曲狀態轉變為伸展，該過程所發生的變形屬于彈性變形。

(2)振動負荷下的應力與應變 

（a）完全彈性體系：如圖1（a）所示當材料受到正弦交變應力作用時，應變對應力的響應是瞬間的，每一周期能量無損耗，此時有：

(b) 完全粘性體系，如圖1（b）所示，應變響應滯后于應力90°相位角；

（c）對于粘彈性材料，應變將始終滯后于應力0°-90°的相位角δ，如圖1（c）所示并且應力應變可以用下式來表達：

圖1應力（應變）正弦曲線曲線

對于聚合物粘性體系，應力與應變存在相位差

將（3）展開，可以得到：

其中，ω是角頻率，δ是相位角，σ₀是應力峰值，ε₀是應變峰值。

貯能模量：表示在應力作用下能量在樣品中的貯存能力，同時也是材料剛性的反映；

損耗模量：與應變相位差90度；表示能量的損耗程度，是材料耗散能量的能力反映；

內耗：應力應變相位角之正切值，是材料貯能與耗能能力的相對強度。

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