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动态热机械法(DMA)的介绍

 发布时间:2021-01-26 点击量:26

动态热机械法是在程序控制温度下,测量物质在振动负荷下的动态模量和阻尼与温度关系的一种技术。

DMA可用于测量材料变形时所存储和消耗的机械能。例如如果一个材料收到变形并且接着解除变形,那么一部分贮存的变形能要回复,这是材料的基本特性,即材料产生阻尼振动。对于理想的弹性体,振动的能量是与变形时加入的能量相等的。而大多数材料并不显示出理想的弹性特性,所显示出的是一种黏弹特性。其一部分变形能是以其他形式能量(如热能)消耗的,这种能量消耗的趋向越大,由变形引起的振动阻尼也越大。在DMA测试中,试样承受一正弦应力,该应力使试样发生正弦应变,而这种应变要比应力滞后一个相位差。根据所测定的数据可同时得到试样的弹性模量和阻尼值,因此DMA广泛应用于黏弹性材料的实验研究中。

动态热机械法的仪器种类较多,根据振动原理基本上可分成下列四类:

①自由振动类型;②强迫振动的共振类型;③强迫振动的非共振类型;④波动或脉冲传播类型。平白干点量息酿现介绍其中强迫振动的共振类型的DMA仪。它可简便而迅速地测定模量和阻尼值。图4.1-17为这种仪器的示意图。其核心部分是环绕挠性轴自由振动的两根平行且平衡的试样支撑臂。测量时把已知尺寸的材料夹在试样支撑臂之间,试样--轴系统通过机电变频器进行振动。振动的频率和振幅由固定在传动臂另一端的线性可变微分转换器检测。

所检测的讯号传送到机电变频器,机电变频器使试样以恒定的振幅振荡。所测得的共振频率和衰减讯号由DMA仪的记录仪记录并打印出来。同该仪器的基本原理是:移去黏弹性材料上所加应力,变形能在共振频率下转换成机械振动。因为变形能是通过内部分子运动(热量)消耗的,于是振动的振幅随着时间而衰减或阻尼。阻尼速率是与材料内部能量的损耗速率成正比的。

根据这种能量的消耗或衰减可研究黏弹性材料分子结构和力学性能。

所测量的共振频率和试样杨氏模量的关系式为:

式中,E为弹性模量,PafDMA频率,HzJ为惯性臂矩,kg·m2;K为轴的弹性常数,N·m/rad;D为试样夹紧间距,m;W为试样宽度,m;T为试样厚度,m;L为试样长度,m

损耗能量或阻尼可直接转换成tgδ值:

式中,VDMA阻尼讯号,mv;fDMA共振频率,Hz;C为体系常数,约为0.25Hz2/mv

或者损耗模量 E=Etgδ                         (4.1-49)

DMA的主要应用有下列几个方面:测定工程材料和复合材料的刚性;热固性材料和半固化材料的固化和成型性能;与黏弹性损耗有关的抗冲击性能;与阻尼性能有关的振动损耗或噪音抑制;低能量相变的检测;检测黏滞阻尼产生的热量。

DMA在检测二级相变方面是所有热分析技术中*灵敏的,即在DSCTMA对玻璃态转变或其他二级松弛过程测不出时,用DMA进行检测特别有效。

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