動(dòng)態(tài)熱機(jī)械法（DMA）的介紹

動(dòng)態(tài)熱機(jī)械法是在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)在振動(dòng)負(fù)荷下的動(dòng)態(tài)模量和阻尼與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。

DMA可用于測(cè)量材料變形時(shí)所存儲(chǔ)和消耗的機(jī)械能。例如如果一個(gè)材料收到變形并且接著解除變形，那么一部分貯存的變形能要回復(fù)，這是材料的基本特性，即材料產(chǎn)生阻尼振動(dòng)。對(duì)于理想的彈性體，振動(dòng)的能量是與變形時(shí)加入的能量相等的。而大多數(shù)材料并不顯示出理想的彈性特性，所顯示出的是一種黏彈特性。其一部分變形能是以其他形式能量（如熱能）消耗的，這種能量消耗的趨向越大，由變形引起的振動(dòng)阻尼也越大。在DMA測(cè)試中，試樣承受一正弦應(yīng)力，該應(yīng)力使試樣發(fā)生正弦應(yīng)變，而這種應(yīng)變要比應(yīng)力滯后一個(gè)相位差。根據(jù)所測(cè)定的數(shù)據(jù)可同時(shí)得到試樣的彈性模量和阻尼值，因此DMA廣泛應(yīng)用于黏彈性材料的實(shí)驗(yàn)研究中。

動(dòng)態(tài)熱機(jī)械法的儀器種類較多，根據(jù)振動(dòng)原理基本上可分成下列四類：

①自由振動(dòng)類型；②強(qiáng)迫振動(dòng)的共振類型；③強(qiáng)迫振動(dòng)的非共振類型；④波動(dòng)或脈沖傳播類型。平白干點(diǎn)量息釀現(xiàn)介紹其中強(qiáng)迫振動(dòng)的共振類型的DMA儀。它可簡(jiǎn)便而迅速地測(cè)定模量和阻尼值。圖4.1-17為這種儀器的示意圖。其核心部分是環(huán)繞撓性軸自由振動(dòng)的兩根平行且平衡的試樣支撐臂。測(cè)量時(shí)把已知尺寸的材料夾在試樣支撐臂之間，試樣-臂-軸系統(tǒng)通過(guò)機(jī)電變頻器進(jìn)行振動(dòng)。振動(dòng)的頻率和振幅由固定在傳動(dòng)臂另一端的線性可變微分轉(zhuǎn)換器檢測(cè)。

所檢測(cè)的訊號(hào)傳送到機(jī)電變頻器，機(jī)電變頻器使試樣以恒定的振幅振蕩。所測(cè)得的共振頻率和衰減訊號(hào)由DMA儀的記錄儀記錄并打印出來(lái)。同該儀器的基本原理是：移去黏彈性材料上所加應(yīng)力，變形能在共振頻率下轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)。因?yàn)樽冃文苁峭ㄟ^(guò)內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)（熱量）消耗的，于是振動(dòng)的振幅隨著時(shí)間而衰減或阻尼。阻尼速率是與材料內(nèi)部能量的損耗速率成正比的。

根據(jù)這種能量的消耗或衰減可研究黏彈性材料分子結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。

所測(cè)量的共振頻率和試樣楊氏模量的關(guān)系式為：

式中，E為彈性模量，Pa；f為DMA頻率，Hz；J為慣性臂矩，kg·m²;K為軸的彈性常數(shù)，N·m/rad;D為試樣夾緊間距，m;W為試樣寬度，m;T為試樣厚度，m;L為試樣長(zhǎng)度，m。

損耗能量或阻尼可直接轉(zhuǎn)換成tgδ值：

式中，V為DMA阻尼訊號(hào)，mv;f為DMA共振頻率，Hz;C為體系常數(shù)，約為0.25Hz²/mv。

或者損耗模量 E’=Etgδ                                       (4.1-49)

DMA的主要應(yīng)用有下列幾個(gè)方面：測(cè)定工程材料和復(fù)合材料的剛性；熱固性材料和半固化材料的固化和成型性能；與黏彈性損耗有關(guān)的抗沖擊性能；與阻尼性能有關(guān)的振動(dòng)損耗或噪音抑制；低能量相變的檢測(cè)；檢測(cè)黏滯阻尼產(chǎn)生的熱量。

DMA在檢測(cè)二級(jí)相變方面是熱分析技術(shù)中*靈敏的，即在DSC或TMA對(duì)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變或其他二級(jí)松弛過(guò)程測(cè)不出時(shí)，用DMA進(jìn)行檢測(cè)特別有效。