化学工程安全新闻

动态机械分析

写道 Fauske团队 | 10.11.16

由Mamad Erogbogbo,Fauske&Associates,LLC(FAI)

简单地,动态机械分析(DMA)是一种最先进的技术,用于研究和表征各种材料的机械性能。 有关Fauske使用的机器的图像,请参见下面的图1&DMA的Associates,LLC(FAI)。许多材料(包括聚合物)是粘弹性的。 也就是说,它们表现得像弹性固体和粘性流体。对于粘性材料,剪切和拉伸应力是用于弹性材料的速度,而对于弹性材料,应力是变形的函数。图2中提出了材料的粘弹性性质的描绘。 DMA机器以两种重要方式与其他机械测试设备不同。首先,典型的拉伸试验装置仅聚焦在弹性部件上。在许多应用中,粘性组件至关重要。它是确定诸如抗冲击性等性质的粘性组件。其次,拉伸试验装置主要在线性粘弹性范围内工作。 DMA主要在线性粘弹性范围内工作,因此对材料的化学和微观结构更敏感。 DMA使用瞬态或动态振荡测试测量粘弹性性能。此外,通常可以在预期的条件下进行这些测试,这些方法将在在服务中暴露于施用时的材料。

最常见的测试是动态振荡测试,其中施加对材料的正弦应力(或菌株),并测量所得正弦菌株(或应力)。还测量是两个正弦波之间的相位差δ。相位滞后将是0°,纯度弹性材料和纯粘性材料的90°。然而,粘弹性材料(例如聚合物)将表现出中间相位差。从施加的应力和δ和应变的测量,可以计算储存模量,e'和损耗模量,e''。储存模量(E')是弹性部件并且与材料的刚度相关。损耗模量(E'')是粘性组件,并且与材料通过分子运动散发机械能的能力有关。相位差或TANδ的切线是另一种公共参数,其提供有关弹性和非弹性部件之间的关系的信息。复数模量(有时称为动态模量),E*,使用存储模量和损耗模量来计算。

瞬态测试包括蠕变和应力松弛。在蠕变中,将应力施加到样品并保持恒定,同时测量变形与时间。过一段时间后,消除应力并测量恢复。在应力弛豫中,将变形施加到样品并保持恒定,并测量保持变形所需的应力的劣化。有关其他有意义的蠕变和应力松弛参数,请参见下文,可以从DMA获得。

DMA机器可以执行许多单向类型的测试,该测试被归类为动态振荡测试或具有这些常规测试配置的瞬态测试: 悬臂, 三点弯曲, 紧张, 和 压缩。以下是单向测试的简要说明DMA机器可以执行:

  • 短暂的
    •  Stress Relaxation
      • 变形瞬时施加⇒以时间的函数测量的力
      • 转化为菌株(e)的变形(mm),力(n)到应力(t)
      • 应激(T)/菌株(e)=模量(e)
    •  Creep
      • 瞬间施加的力量 变形作为时间的函数测量
      • 压力(t),变形转化为菌株(e)
      • 菌株(e)/应力(t)=依从性(d)
  •  动态的
    • ramp.
      • 应变随时间线性或指数增加
      • iso-菌株
        • 随着温度变化,应变保持恒定
    • 压力坡道
      • 压力随着时间的推移线性或指数增加
    • 受控压力
      • 随着温度变化,应力保持恒定

如前所述,DMA用于研究和表征材料的机械性能。然而,表征不限于独立材料; DMA还可用于表征组装材料以了解用于组装配置的服务中的行为。为了完全了解材料或组装组件,工程师有时使用从DMA测试获得的短期测试信息来投影长期性能,以避免特定应用的意外故障。

DMA用例

从DMA机获得的结果可用于各种目的,包括已经突出的一些上面突出的目的。以下是一些潜在用例:

  1. 确定用于用作有限元建模(FEM)或其他分析中的改进材料的材料性能。
  2. 在服务条件下组装成分的故障模式的表征及预测。
  3. 根本原因分析调查 - 可以模拟组件或材料上的在线负载以确定在发生故障之前的材料性能的演变。

图1 TA仪器Q800动态机械分析(DMA)机器

 

图2 材料的粘弹性

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