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AR 月度档案。11月 2020
聚合物的动态机械分析（DMA）频率扫描
DMA频率扫描
在聚合物上使用纳米压痕
编写者
李端杰，博士
简介
动态机械分析的重要性 扫频测试
应力的变化频率通常会导致复数模量的变化，而复数模量是聚合物的关键机械性能。例如，当车辆在道路上行驶时，轮胎会遭受周期性的高变形。当汽车加速到更高的速度时，压力和变形的频率会发生变化。这种变化会导致轮胎粘弹性特性的变化，而轮胎粘弹性特性是汽车性能的重要因素。需要对不同频率下聚合物的粘弹性行为进行可靠且可重复的测试。 NANOVEA 的 Nano 模块 机械测试仪 通过高精度压电执行器产生正弦负载，并使用超灵敏称重传感器和电容器直接测量力和位移的演变。简单的设置和高精度的结合使其成为动态机械分析频率扫描的理想工具。
粘弹性材料在经历变形时同时表现出粘性和弹性特征。高分子材料中的长分子链促成了其独特的粘弹性能，即结合了弹性固体和牛顿流体的特性。应力、温度、频率和其他因素都对粘弹性能起作用。动态机械分析，也被称为DMA，通过施加正弦波应力和测量应变的变化来研究材料的粘弹性行为和复合模量。
测试条件
频率（Hz）。
0.1, 1.5, 10, 20
每个频率下的蠕变时间。
50秒
振荡电压
0.1 V
装载电压
1 V
压头类型
球形
金刚石 | 100 μm
结果与讨论
在最大载荷下的动态机械分析频率扫描可以在一次测试中快速简单地测量样品在不同载荷频率下的粘弹性能。不同频率下的载荷和位移波的相移和振幅可以用来计算各种基本的材料粘弹性能，包括 储存模数, 损耗模数 和 谭 (δ) 正如以下图表所总结的那样。
在本研究中，1、5、10和20赫兹的频率对应于每小时约7、33、67和134公里的速度。随着测试频率从0.1到20赫兹的增加，可以观察到存储模量和损失模量都在逐渐增加。当频率从0.1增加到1赫兹时，Tan（δ）从~0.27下降到0.18，然后在达到20赫兹的频率时，它逐渐增加到~0.55。DMA扫频可以测量储存模量、损失模量和Tan (δ)的趋势，这提供了关于单体运动和交联以及聚合物的玻璃转变的信息。通过在扫频过程中使用加热板提高温度，可以获得不同测试条件下分子运动性质的更完整的图像。
负荷和深度的演变
完整的DMA频率扫描
不同频率下的载荷和深度与时间的关系
存储模量
在不同的频率下
亏损模式
在不同的频率下
TAN (δ)
在不同的频率下
结论
在这项研究中，我们展示了NANOVEA机械测试仪在轮胎样品上进行动态机械分析频率扫描测试的能力。该测试测量了轮胎在不同频率的应力下的粘弹性能。随着加载频率从0.1到20赫兹的增加，轮胎显示出储存和损失模量的增加。它提供了关于轮胎在不同速度下运行的粘弹性行为的有用信息，这对于提高轮胎的性能以实现更平稳、更安全的骑行至关重要。DMA扫频试验可以在不同的温度下进行，以模拟轮胎在不同天气下的真实工作环境。
在NANOVEA机械测试仪的纳米模块中，快速压电的负载应用与单独的高灵敏度应变计的负载测量是独立的。这在动态机械分析中具有明显的优势，因为深度和载荷之间的相位是直接从传感器收集的数据中测量的。相位的计算是直接的，不需要进行数学建模，因为数学建模会增加所产生的损失和存储模量的不精确性。而基于线圈的系统则不是这样。
总之，DMA测量损耗和存储模量、复合模量和Tan（δ）作为接触深度、时间和频率的函数。可选的加热阶段允许在DMA期间测定材料的相变温度。NANOVEA机械测试仪在一个平台上提供无与伦比的多功能纳米和微米模块。纳米和微米模块都包括划痕测试器、硬度测试器和磨损测试器模式，在单个模块上提供了最广泛和最友好的测试范围。
