强文推荐 | 动态机械分析实验示例（上）

引言

医疗设备的塑料到轮胎的橡胶，我们使用的材料必须满足越来越高的要求。产品制造商和消费者希望他们的材料外观漂亮，性能好，成本低，同时对环境友好。如需满足上述需求，就必须深入了解从分子水平到实际机械性能的材料特性。由于影响材料特性的因素有很多，因此需要精确的测量工具和方法来确保材料满足应用的高期望值。在开发和生产的各个阶段，评估材料特性的一个关键测量和分析方法是动态机械分析（DMA）。DMA，最基本的是测量材料的粘弹性能，通常以储能模量问损耗模量和损耗因子形式进行量化。DMA测量是通过在材料上施加力和变形，并与其他因素（如温度、时间和频率）的影响一起进行分析而获得。

实验示例

该图显示了 DMA 上三个 PET 样品进行拉伸时的对比:其中一个样品具有均匀的粘胶层且性能良好，一个样品具有不均匀的涂层且性能不佳，还有一个样品无涂层。因粘合剂产生的转化峰值以tanδ显示，在“良好”样品中为40°C左右，而“不佳”样品的峰值要小得多。了解良好样品和不佳样品的特性可以对涂层工艺和制成品进行质量控制。诸如此类的微妙变化需要极高的灵敏度和精确度来测量。

随着材料和产品开发的进展，科学家和工程师需要更大的样品和更高的力来实现更强的测试能力。这种需求可能来自许多领域，包括：

• 不能微型化的材料（如3D打印或复合材料） 

• 高硬度的样品，需要更大的力量来变形 

• 需要在线性黏弹性区域（LVR）之外变形的真实外部条件 

• 复杂几何形状 

通常情况下，通过更大的力测试所产生的数据直接用于设计和验证材料或产品的最 终使用状况。随着测试和测试样品开始接近真实条件，样品的大小和力量可以变得相对较大，施加的力可超过10,000N，动态位移为10mm或更大。 力DMA测试看起来与传统的DMA测试非常不同，因为它通常是为了了解特定的信息。这些测试可能只包括适用于最 终用途的测试变量，甚至不包括温度的影响! 例如，一些客户可能在室温下使用强 力DMA作为隔振器或其他成品部件的质量控制检查。

由于这些类型的DMA测试通常在开发周期的后期进行，因此通常与其他强度和疲劳测试一起进行。在材料和设计向最 终产品迭代的过程中，材料强度、疲劳寿命和DMA特性都必须一并考虑在内。