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動態機械分析(DMA, DMTA)

動態機械分析 (DMA)用於表徵材料在特定頻率與溫度範圍內的黏彈特性,對於瞭解聚合物材料的行為具有高度的參考價值。測量時,對試片或組件施加自由或強制正弦振盪振幅,並採取位移控制或力控制模式。

特徵值 測試解決方案 影片 自動化 標準 下載

動態機械分析(DMA)測定了什麼?

根據力與變形測量值的時間序列,可判定下列基本材料性質:

  • 儲存模數:用以描述彈性行為
  • 損失模數:用以描述黏性行為
  • 損耗因子(tan δ):用以描述彈性行為與黏性行為之比值。
  • 複數模數:用以將黏彈行為描述為複數平面上的向量。

哪些試驗系統適用於動態機械分析?

測量通常為短時間測試,且變形量極小。因此,在對標準試片進行材料特性量測時,所施加的力通常非常低。

當測量較大型或完整的元件(例如避震器、輪胎、皮帶或引擎支架)時,施加的力則會顯著提高。

透過選擇合適的負載形式,可以同時施加正常應力與剪切應力。典型的負載形式包括:

  • 壓縮負載
  • 拉伸負載
  • 彎曲負載
  • 疲勞負載
  • 扭矩負載

其中振盪可為具有基本負載的單邊模式,或為交變負載模式。

油壓伺服與電子動態試驗系統(例如 ZwickRoell LTM 試驗機)特別適用於組件的動態機械分析。其高精度位移測量系統、極佳的機架剛性以及無油驅動特性,使其成為理想的 DMA 測試系統。受惠於其安靜的驅動裝置,LTM 特別適合在實驗室中使用。tC II 電子控制系統採用可節省空間的設計,可靈活配置,並搭配可精確調整測試夾具的遙控器,使整體設計概念更加完善。

LTM 的性能範圍極佳地涵蓋了標準所要求的測試頻率,亦即 0.01 至 100 Hz。多樣化的試驗工具提供了最大的靈活性:從壓縮壓盤,到可自由支撐或固定試片的彎曲測試套件,再到剪切力裝置以及用於安全、固定夾持的試片夾具。這使各類測試任務得以可靠且高效地執行。

動態機械熱分析(DMTA)

藉由在寬廣的溫度範圍內重複測量(DMTA),可進一步判定特徵值(例如玻璃轉移溫度),或針對可固化塑膠或彈性體的交聯程度得出結論。

某些標準要求在測試期間提供可變的溫度。針對這些測試,ZwickRoell 提供各種溫箱,保證每次應用都能獲得完美的解決方案。

用於 DMA 測量與橡膠/彈性體動態特性測定的全自動化測試系統

動態機械分析可用於深入瞭解聚合物材料的黏彈特性、橡膠的動態行為,以及其他特性(例如填料的影響或橡膠的交聯程度)。由於測量過程快速且容易執行,適合用於品質保證。

高品質彈性體組件的生產取決於許多細節。即使化合物配方已在產品開發階段確立,填料與添加劑的分布以及所有會在硫化過程中影響交聯反應的參數依然十分重要。

在固定的頻率與溫度下測量動態性質,能提供明確的數據,並確保產品品質的一致性。為了確保對生產過程進行連續監控,測試系統配備有自動進樣器,可同時實現均勻的預處理與連續的測試程序。

LTM 電子動態試驗機輕量型自動化測試系統 roboTest N結合後,便成為材料與組件高標準測試的理想平台。該機器特別適用於橡膠分析,並為研究、開發與品質保證提供高效能的解決方案。LTM 以電磁線性驅動為基礎,專為動態與靜態材料測試而設計。典型的應用包括疲勞測試與耐久性測試。

橡膠與彈性體在承受負載時會表現出隨時間而變化的變形行為。搭配 testXpert R 軟體,LTM 1 即可針對這些特性進行精準分析,例如透過頻率與溫度掃描進行分析。可測定如儲存模數、損失模數、損耗因子(tan Δ)及動態剛性等參數。

以 roboTest N 實現自動化
:針對高檢測量的實驗室,LTM 可視需要配備輕量型自動化測試系統 roboTest N 以實現自動化。該系統可接管試片的補給、定位與夾持程序,且適用於拉伸、壓縮及彎曲測試。可自動測試高達 200 個試片,並整合橫截面測量或 ID 掃描等額外工作站。

以 testXpert 實現直覺化的配置
:testXpert 軟體內建程序控制器,可直覺地配置複雜的測試序列。標準功能包含斜波、正弦波或矩形波,以及自動化的溫度與頻率變換。控制可透過力控制、延伸量控制或位置控制進行,並可搭配峰值控制。所有測試參數與結果皆儲存在防竄改的資料庫中,並可匯出。

ZwickRoell Hotline

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適用於 DMA 測試的試驗系統

動態機械分析相關標準

ISO 與 ASTM 的一系列標準為塑膠、複合材料、橡膠及彈性體提供多種受迫振動的測試方法。

材料標準說明
塑膠ISO 6721-1固態塑膠黏彈性行為量測的基礎與一般原理
塑膠ISO 6721-4動態機械性能的測定 — 拉伸振動
塑膠ISO 6721-5動態機械性能的測定 — 彎曲振動
塑膠ISO 6721-6動態機械性能的測定 — 剪切振動
塑膠ISO 6721-11動態機械性能的測定 — 玻璃的溫度轉變
塑膠ISO 6721-12動態機械性能的測定 — 壓力振動
塑膠ASTM D5023使用非共振試驗機,以 0.01 至 100 Hz 的頻率進行三點彎曲測試,以測定塑膠的動態力學行為
塑膠ASTM D5024這是一項用於測定塑膠動態力學行為的測試,以壓縮測試的形式進行;測試時,將圓形試片置於剛性平板之間,並在試片彈性範圍內施加循環負載,同時以受控方式升溫。
塑膠ASTM D5026這是一項用於測定塑膠動態力學行為的測試,以拉伸測試的形式進行;測試時,將扁平試片夾於夾具之間進行拉伸,同時以受控方式升溫。
塑膠ASTM D5418這是一項用於測定塑膠動態力學行為的測試,以彎曲測試的形式進行;測試時,以 0.01 至 100 Hz 的頻率對易於夾持的彎曲樑施加其材料彈性範圍內的循環負載,同時保持恆溫或以受控方式變溫。
複合材料ASTM D7028這是一項用於測定聚合物基體複合材料動態力學行為的測試,以彎曲測試的形式進行;測試時,將長方體試片置於三點彎曲或固定式彎曲測試套件中,在線性黏彈性範圍內以 1 Hz 的頻率進行循環測試,同時維持恆定的應變振幅,並在整個測試過程中由環境溫度開始升溫。
橡膠ISO 4664-1硫化橡膠或熱塑性橡膠之動態特性測定
橡膠ISO 4664-3動態特性測定 — 玻璃轉換溫度
橡膠/彈性體ASTM D5992這是一項用於測定橡膠與彈性體動態機械行為的測試方法;測試時,將試片置於剪切、壓縮、拉伸、彎曲或扭轉負載下,並在 -70°C 至 +200°C 的環境溫度範圍內施加動態的自由或強制共振等刺激。

我們的專家

Fahrenholz
Helmut Fahrenholz

全球塑膠與橡膠產業經理 – ZwickRoell GmbH & Co. KG

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  • 產品資訊:testXpert Research Sequencer — 用於動態機械分析(DMA)的測試軟體 PDF 1 MB

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