什么是热动态机械分析法（DMA）？

DMA（动态热机械分析法）用于测定材料（主要是聚合物）在长期保持恒定的振荡载荷（应变或应力）下的粘弹性。DMA主要用于检测玻璃化转变，但还可以用于测定二次转变、材料刚度、固化程度和结晶度。

DMA如何工作

首先将样品夹在DMA仪器的测量夹具上，控制样品温度变化，并对样品施加正弦力。随后测定所施力与随之产生的形变之间的关系。

可以通过施加的应力和应变（绘制成时间或温度的函数）计算样品性能（粘弹性）。

上述DMA输出图形显示了通常通过DMA测量绘制的三项参数。

• E'是储能模量或弹性模量，表示样品的弹性以及储存和恢复的能量相对于施加的力的程度。

• E"是损耗模量或非弹性模量，表示样品的粘性以及转化为热量的能量相对于施加的力的程度。

• Tanδ是损耗角正切，表示E'与E"的比值，反映振动吸收能力。此参数也称为振动吸收系数或阻尼。

从根本上而言，这些参数提供了聚合物在某温度范围内的刚度和阻尼变化相关信息。

2/ DMA提供哪些热性能相关信息

首先将样品夹在DMA仪器的测量夹具上，控动态热机械分析法能够测量随温度曲线变化而发生的刚度和阻尼变化，并助力了解温度对材料物理性能的影响。

这种技术具有高灵敏度，允许检测松弛现象，例如可以观察到玻璃化转变、侧链松弛和局部模式松弛。这种方法还能提供聚合物的分子结构和分子运动相关信息。

通过同时测量温度分散和频率分散，可以获得频率对材料性能的影响及其对松弛转变的影响，由此可以了解材料在预期使用条件下的性能。 

DMA可用于测定剪切模量（G）或杨氏模量（E）。

3/ 如何根据特定ASTM方法解读DMA分析结果

我们选择了ASTM D4065-20《塑料动态机械特性的标准实施规程——程序报告及测定法》。本实施规程旨在提供通过自由振动和共振或非共振强制振动技术在某温度、频率或时间范围内测定塑料的转变温度、弹性和损耗模量的方法。

弹性模量和损耗模量图表指示塑料的粘弹性特征。这些模量是塑料中温度或频率的函数，并在特定温度或频率下迅速发生变化。模量快速变化的区域通常称为过渡区域。

如供参考的试验方法中所列，已使用不同的形变模式（如拉伸、弯曲和剪切）。

上述DMA曲线显示了在张力下分析聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜的结果。三条曲线显示了与材料粘弹性能相关的不同信息。E'是储能模量，其提供与材料刚度相关的材料弹性分量相关信息。

可以在任何点测量材料的刚度，如本文所示的25℃时模量值。对于PMMA等非晶态或部分非晶态材料，DMA具有高灵敏度，非常适合用于检测玻璃化转变（Tg）。在这种情况下，通过储能模量获得的玻璃化转变温度为115.3℃。

此外，还可以使用E"检测玻璃化转变，E"是使用损耗模量的峰值温度；在这种情况下，峰值温度为116.9℃。最 后，Tanδ还可以用于玻璃化转变温度为129.9℃的情况，并用于了解材料吸收振动的程度，这也称为阻尼。

E'、E"和Tanδ测量聚合物的不同性能，因此通常给出不同的值。重要的是将所得结果与相同类型的测量结果（E'、E"或Tanδ）进行比较。

4/ 使用DMA有什么优势

DMA主要用于检测较弱的转变，如玻璃化转变。DMA还可用于测定聚合物的粘弹性和松弛现象，以及了解材料性能如何受频率影响。DMA能够检测尺寸更大的样品，确保这种样品更近似于用作真实零件时的状况。不同的测量夹具还能确保测量结果更适合材料的预期使用方式（如拉伸或剪切模式）。

5/ 日立DMA分析仪可实现热机械分析法产品更好的飞跃

日立DMA仪器可帮助记录模量变化，了解样品损坏或颜色变化等意外性能，并检查每个数据点的可靠性，即使在完成测量后也是如此。DMA7100具有非常大的模量范围，非常适合极软和极硬的样品，可以从许多不同的形变模式中进行选择。标配主曲线分析和活化能计算等高级功能，可以实现热固性塑料、热塑性塑料、共混聚合物的全面表征，还可进行复合材料的固化研究。

日立创新型Real View®相机系统与DMA7100系列相结合，因此可以在分析过程中实时了解样品状态的变化。图像显示了样品形状、尺寸、颜色和其他性能的变化，还可对这些图像进行记录，并通过时间轴自动将其与热力学数据相联系。

为了能得到jing确的数据，即使对于那些jing确度相当高的DSC仪，也必须经常进行温度和量热的校核。接下来我们主要了解一下温度校正的方法

与DTA一样，DSC的温度也是用高纯铟物爱的熔点或相变温度进行校核的。关于温度校核标准数据可参见表4.1-5。在实际测量中要获得jing确度高的温度值，还必须采取下列措施：

①确定熔点的方法。DSC的温度通常是以高纯进行校核的，其熔点应为吸热峰的前沿切线与基线的相交点T”，如图4.1-13所示。其切线斜率为1/R₀ x dT_P/dt（a为试样盘和盘座之间的热阻，dTp/dt为程序升温速率）。因此，可根据钢的前沿切线斜率来确定待测试样的熔点，例如三苯甲烷的熔点为B点，见图4.1-14，OB线的斜率与铟的相同。

②试样盘和盘座要求接触良好，因为R0对温度测量的jing确度和重复性密切相关。如果试样盘和盘座不干净或者试样盘盘底不平整都会导致测定结果不重复。

③试样盘在盘座上的位置应标准化。

④应用N₂作为净化气体，而不能用He气。

⑤试样用量要少并且恒定。

⑥在测定有机物时，应采用有机标准物进行校核，因为金属校准物具有较大的热导性。

⑦试样的几何形状必须标准化。

表面张力是液体表面任意两相邻部分之间垂直于它们的单位长度分界线相互作用的拉力。而动态表面张力是没有明确释义的非专有名词。各个行业对动态表面张力的理解和需求都有不同，有的是表面张力随时间的变化、有的是表面张力随气泡压力的变化、有的是表面张力随浓度的变化等等。比如石油行业大多采用以下第2种，偶尔采用以下第1种：

1、动态表面张力可以理解为随时间变化的表面张力，比如白金板法测表面张力或白金环法测表面张力的测量曲线的横轴都是时间。

2、动态表面张力可以理解为液体-空气或液体-液体在6000转/分钟~10000转/分钟高速旋转下的表界面张力，比如旋转滴法测超低界面张力。

3、动态表面张力可以理解为液体从平针头缓慢挤出、形成液滴至滴落的过程，其中将落未落状态也就是悬滴法测表面张力。

4、动态表面张力可以理解为在液体中从1个泡/秒到20个泡/秒、打出气泡的速度不断加速，液体表面张力的变化，也就是气泡压力法测表面张力，曲线横轴是每秒打出的气泡数量。

5、动态表面张力可以理解为不同的表面活性剂迁移到新的界面需要的时间不同，在表面活性剂的迁移过程中，表面张力是在不断变化。例如喷墨打印机的打印头喷墨到纸张上只需要十几毫秒(或更短时间)，汽车漆喷涂到工件上或乳胶漆滚涂到墙面上可能需要几十到几千毫秒。

6、动态表面张力可以理解为自动测定一系列不同浓度表面活性剂溶液的表面张力，同时记录γ-c（浓度）曲线，通过拟合曲线，自动判别拐点并计算出此体系中表面活性剂的临界胶束浓度CMC。用表面张力与浓度的对数作图，在表面吸附达到饱和时，曲线出现转折点，该点的浓度即为CMC。表面活性剂水溶液的表面张力开始时随溶液浓度增加而急剧下降，到达一定浓度（即CMC）后则变化缓慢或不再变化。因此常用表面张力-浓度对数图确定CMC。表面活性剂分子在溶剂中缔合形成胶束的Z低浓度即为临界胶束浓度，曲线横轴是浓度。

（来源：上海中晨数字技术设备有限公司）