何為動態機械分析?

Andy Simon
July 09, 2024

緒論

動態機械分析 (DMA) 是一項 熱分析 技術,用於測量材料在週期性應力下變形時的機械性質。動態機械分析通常用於測定聚合物、複合材料和其他材料的黏彈性行為。

動態機械分析 (DMA) 如何運作?

動態機械分析向樣品施加振盪力並測量其回應,藉以測量材料的機械性質。該技術可測定材料的剛度和阻尼性質,分別表示為儲存模數(彈性回應)和耗損模數(黏滯回應)。此外,動態機械分析還可測量材料的耗損角正切值 (tan delta),即耗損模數與儲存模數的比值,並深入瞭解材料的阻尼特性。

為何動態機械分析很重要?

動態機械分析之所以很重要,是因為它提供了有關材料機械性質的關鍵資訊,這對於瞭解其在不同條件下的效能與行為至關重要。對於聚合物、複合材料和其他廣泛應用的材料而言,此資訊在其開發和品質控制方面特別有價值。

動態機械分析 (DMA) 的應用

在各種產業和應用中均採用動態機械分析,包括:

  • 聚合物和塑膠:動態機械分析用於研究聚合物和塑膠的玻璃化轉變溫度、黏彈性行為和機械效能。這些資訊對於瞭解這些材料的加工與效能特徵至關重要。
  • 複合材料:動態機械分析用於評估複合材料的機械性質,包括不同成分之間的介面黏合力和整體機械效能。這些資訊對於高效能複合材料的設計和開發非常重要。
  • 藥品:動態機械分析用於研究藥物製劑的機械性質,包括賦形劑和活性藥物成分的黏彈性行為。這些資訊對於瞭解藥品的加工與效能特徵非常重要。
  • 食品檢測:動態機械分析用於研究食品的黏彈性行為,包括各種配方的質地和穩定性。這些資訊對於瞭解食品的加工與效能特徵至關重要。
  • 黏合劑與塗料:動態機械分析用於評估黏合劑和塗料的機械性質,包括黏彈性行為與機械效能。這些資訊對於高效能黏合劑與塗料的開發和品質管制非常重要。

動態機械分析 (DMA) 儀器

動態機械分析儀器通常由以下元件組成:

  • 樣品架:樣品架固定被測材料。樣品架可設定成各種變形模式,包括拉伸、壓縮、彎曲和剪切。
  • 振盪力產生器:此元件向樣品施加受控振盪力,從而導致其變形。
  • 位移感測器:位移感測器測量材料對所施加力的回應,從而計算儲存模數、耗損模數和耗損角正切等機械性質。
  • 溫度控制系統:溫度控制系統可精確調節樣品的溫度,從而能夠研究在各種溫度範圍下材料的性質。
  • 資料採集和分析軟體:此軟體收集和分析來自動態機械分析儀器的資料,提供有關材料機械性質與行為的詳細資訊。

Discovery DMA 850

Discovery DMA 850 是一款高效能動態機械分析儀器,專門針對進階材料特徵分析而設計。具有以下功能︰

  • -150°C 至 600°C 的廣泛溫度範圍。
  • 多種變形模式,包括拉伸、壓縮、彎曲和剪切。
  • 高靈敏度和解析度,可準確測量黏彈性質。
  • 進階資料採集和分析軟體,可全面評估材料。

RSA-G2 固體分析儀

RSA-G2 固體分析儀是一款用於測量固體材料流變性質的最先進儀器。具有以下功能︰

  • 先進的馬達和感測器技術,可實現精確控制與測量。
  • 多種檢測規格,包括平行板、錐體和板以及扭轉。
  • 高溫能力,可在各種熱條件下研究材料。
  • 軟體功能完備,可進行詳細流變分析。

ElectroForce DMA 3200

ElectroForce DMA 3200 是一款用於動態機械分析的多功能儀器,具有以下功能︰

  • 電磁致動器,用於精確控制力和位移。
  • 廣泛的頻率範圍,用於在不同動態條件下研究材料。
  • 能夠在各種變形模式下進行檢測,包括拉伸、壓縮和彎曲。
  • 先進軟體,用於資料採集與分析。

ElectroForce 3550

ElectroForce 3550 是一款堅固耐用的多功能機械檢測儀器,適用於多種應用。具有以下功能︰

  • 高強度,可用於檢測大型或剛性樣品。
  • 電磁驅動,可實現準確且可重複的檢測。
  • 多種檢測模式,包括疲勞、耐久性和動態機械分析。
  • 軟體功能完備,用於進行資料收集與分析。

適用於動態機械分析的軟體

TRIOS 軟體

TRIOS 軟體專與動態機械分析儀器搭配使用,為資料採集、分析和報告提供使用者便捷易用的介面。主要功能包括:

  • 即時的資料視覺化與分析。
  • 進階的資料擬合與建模功能。
  • 報告工具完備,用於產生詳細的分析報告。
  • 可與其他 TA Instruments 硬體整合,簡化工作流程。

WinTest 軟體

WinTest 軟體與 ElectroForce 系統搭配使用,提供強大的控制與分析功能。主要功能包括:

  • 精確控制檢測參數,以獲得準確且可重複的結果。
  • 進階資料分析工具,以全面評估機械性質。
  • 適用於各種應用的自訂檢測方法。
  • 使用者便捷易用的介面,可實現高效的檢測設定與執行。

結論

動態機械分析是一項強大且通用的技術,用於分析材料的機械性質。TA Instruments | Waters Corporation 提供廣泛的動態機械分析儀器,例如 Discovery DMA 850、RSA-G2 固體分析儀、ElectroForce DMA 3200 和 ElectroForce 3550,而這些儀器提供有關黏彈性行為的詳細資訊,使動態機械分析儀成為聚合物、複合材料、藥品、食品、黏合劑和塗料開發與品質管制的必備工具。透過瞭解材料的機械性質,研究人員和工程師可最佳化其效能,並確保其在各種應用中的可靠性。

參考資料:

  1. Groenewoud, W. M. (Ed.). (2001).  Characterisation of Polymers by Thermal Analysis. Elsevier Science B.V. https://doi.org/10.1016/B978-044450604-7/50005-4