動態(tài)熱機械分析儀（DMA）是分析表征力學松弛和分子運動對溫度或頻率的依賴性，主要用于評價高聚物材料的使用性能、研究材料結構與性能的關系、表征高聚物的共混相容性、研究高聚物的轉變行為等。動態(tài)熱機械分析儀可用于塑料、橡膠、液體、復合材料、涂料和膠黏劑、陶瓷、金屬等多種材料的熱性能和力學性能測試，特別在對溫度和頻率的依賴性較強的高分子材料粘彈性的應用最為廣泛。

一、DMA在研究阻尼性能方面的應用

由于固體內部原因使機械能消耗的現(xiàn)象稱之為阻尼或內耗（儲能模量、損耗模量、損耗因子）。依靠材料本身所具有的高阻尼特性達到減振降噪的目的。例如某公司送檢一款降噪材料需要采用DMA測試材料的阻尼性能，測試結果如圖1所示。通過測試結果可知，該款降噪材料的損耗因子在玻璃化轉變溫度附近由0.1升到1.7左右，儲能模量由1400突降到0左右，證明材料具有較高的阻尼性能從而達到了減振降噪的目的。
 

圖1 某降噪材料的DMA曲線圖

圖2  動態(tài)熱機械分析儀(DMA)設備
 

二、DMA在研究玻璃化轉變溫度方面的應用

材料的玻璃態(tài)與高彈態(tài)的轉變，稱為玻璃化轉變，它所對應的轉變溫度即是玻璃化轉變溫度(Tg)。DMA通過測試模量的變化來測試Tg值，和DSC、TMA相比精度高，更符合實際應用的場景。如圖3所示，通過DMA測試出該款材料的玻璃化轉變溫度有2個，分別是-37℃和12℃，說明該款材料存在2種物質的共混或者2種不同聚合度的成分。紅外分析可知，該款材料主要的成分是聚丙烯材料，聚丙烯屬于結晶度較高的聚合物，DSC一般只能測試到熔點值，很難測試其玻璃化轉變溫度值，借助DMA正好彌補這類材料的測試難題。

圖3 某材料的DMA曲線圖

三、DMA在研究預浸料及樹脂固化過程的應用

預浸料常用來制作一些復合材料結構件，在其固化過程中模量會不斷增大，通過測量升溫過程模量的變化可以考察材料的固化特性。圖4可以看出，隨著溫度升高，預浸料的儲存模量增大，固化開始溫度為155℃左右，固化結束溫度為270℃左右。固化分成兩步，第一步模量增加不明顯，但損耗因子明顯增大，樹脂處于凝膠化狀態(tài)；第二步才是進一步的固化，模量迅速增加。

圖 4某種預浸料的DMA固化曲線

四、DMA在老化機理研究及壽命預估方面的應用

高分子材料在日常生活及生產(chǎn)中隨處可見，但是高分子材料很容易受到光照，濕度或者溫度的影響導致老化，使其外觀結構和力學性能發(fā)生改變。因此對高分子材料的老化機理及老化壽命的研究受到眾多專家學者的關注。圖5是某種材料經(jīng)老化后模量與損耗的變化。老化后低溫模量的增加是導致材料變硬、韌性變差的原因，模量在0℃時就出現(xiàn)明顯的下降。玻璃化轉變溫度在老化后由70-80℃降低到40-50℃，主要是由分子鏈斷裂引起的。

五、DMA在失效方面的應用

復合材料很多都是以高分子材料為基體樹脂的，其失效主要是由高聚物的老化造成的。圖6是某材料高溫老化后的損耗值變化，在此高溫老化60天后損耗值逐漸產(chǎn)生一個肩峰，到120天時該肩峰已經(jīng)很明顯。顯然此時損耗值除了一個主峰外，還會產(chǎn)生一個次要峰，這可能意味著該材料產(chǎn)生了相反轉，組分之間相容性差，會使其力學性能大大變差，說明其材料已經(jīng)失效了。

除了以上所列的這些應用以外，CTI華測檢測的DMA還可以完成評價材料的固化現(xiàn)象、軟化溫度、次級轉變、耐寒性、結晶等性能。通過對DMA數(shù)據(jù)的深度分析，還可以指導產(chǎn)品設計和材料使用、材料優(yōu)選及優(yōu)化、可預測高分子使用壽命等。

參考文獻：

[1] 劉子如，趙鳳起等.力學松弛動力學和PE推進劑的壽命預估.研究簡報

[2] 劉曉.動態(tài)熱力學分析在高分子材料中的應用.工程塑料應用