動態熱機械分析DMA的原理

動態熱機械分析儀(Dynamic Mechanical Analysis簡稱DMA)主要是測定在一定條件下，材料的溫度、頻率、應力和應變之間的關系，獲得材料結構與分子運動的信息。

DMA可測定：儲能模量、儲能柔量、損耗模量、損耗柔量、復數模量、動態粘度、應力、應變、振幅、頻率、溫度、時間和損耗因子等，可以研究應力松弛、蠕變、玻璃化溫度和次級松弛等。

動態熱機械分析（Dynamic Thermomechanic Analysis，簡稱DMA）是在程序控制溫度下，測量物質在振蕩負荷下的動態模量或阻尼隨溫度變化的一種技術。

高聚物是一種粘彈性物質，因此在交變力的作用下其彈性部分及粘性部分均有各自的反應。而這種反應又隨溫度的變化而改變。高聚物的動態力學行為能模擬實際使用情況，而且它對玻璃化轉變、結晶、交聯、相分離以及分子鏈各層次的運動都十分敏感，所以它是研究高聚物分子運動行為極為有用的方法。

如果施加在試樣上的交變應力為σ，則產生應變為ε。由于高聚物粘彈性的關系其應變將滯后于應力，則ε、σ分別可以下式表示：

ε=ε0exp(iωt)                                       (1)

σ=σ0exp[i（ωt+δ）]                            (2)

式中ε0、σ0分別為最大振幅的應變和應力，ω為交變力的角頻率，δ為滯后相位角。

i=1時，復數模量E*

                            E*= σ/ε=σ0 exp(iδ)/ε0=σ0(cosδ+isinδ)/ε0=E'+E"        (3)

其中，E'=σ0cosδ/ε0 為實數模量，即模量的儲能部分，而

           E"=σ0sinδ/ε0                                           (4)

表示與應變相差π/2的虛數模量，是能量的損耗部分。另外還有用內耗因子Q^(-1)或損失角δ正切tanδ來表示損耗，即

       Q^(-1)=tan δ =E"/E'                        (5)

圖1為粘彈性物質在正弦交變載荷下的應力、應變的相應關系示意圖。因此在程序控溫的條件下不斷地測定高聚物E’、E”和tanδ值，則可得到如圖2所示的動態力學-溫度譜。從圖中可以看到實數模量E’呈階梯狀下降，而在與階梯下降相對應的溫度區E”和tanδ則出現高峰。表明在這些溫度區內高聚物分子運動發生某種轉變，即某種運動的解凍。其中對非晶態高聚物而言，最主要的轉變當然是玻璃化轉變，所以模量明顯下降，同時分子鏈段克服環境粘性運動而消耗能量，從而出現與損耗有關的E”和tanδ高峰。