動態(tài)機械熱分析（Dynamic Mechanical Thermal Analysis，簡稱DMTA）是一種通過施加交變應力并測量材料應變響應，研究材料動態(tài)力學性能隨溫度變化的技術。它能夠提供材料的儲能模量（G'）、損耗模量（G''）和損耗因子（tanδ）等關鍵流變參數(shù)，還能確認材料的特征相變，如玻璃化轉變、熔融和結晶等。除此之外，DMTA還可用來確定固體材料與重要應用有關的機械性能，如剛度、脆性、阻尼或抗沖擊性，廣泛應用于材料科學和工程領域。

Thermo Scientific^™ HAAKE^™ MARS^™ 流變儀可以配置專門用于材料DMTA測試的固體夾持工具，符合DIN/ISO 6721-1標準。該夾持工具適用于矩形或圓棒狀樣品，能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)(-150~600℃)一次性完成所有測量，同時確保樣品夾持力始終保持恒定。

測試儀器

Thermo Scientific^™ HAAKE^™ MARS^™流變儀、輻射對流爐溫控、DMTA固體夾持工具

圖1為用于測試碳纖維增強復合材料試樣的固體夾持工具。圖2為該碳纖維增強樣品的兩次DMTA測試結果，兩次測試曲線幾乎完全重合，表明測試結果具有良好的再現(xiàn)性。數(shù)據(jù)顯示，材料在室溫下表現(xiàn)出高剛度，儲能模量（G'）大于3×10^? Pa。損耗模量（G''）曲線出現(xiàn)了三個峰值，對應三個轉變溫度。其中，99°C和115°C處的兩個峰值表明在該溫度范圍內(nèi)存在兩種不同組分的玻璃化轉變溫度。

圖1：測試矩形樣條的固體夾持工具

圖2：碳纖維增強復合材料：儲存模量G'（紅色）、損耗模量G"（藍色）和tan（^δ）（綠色）與溫度變化的關系。玻璃化轉變溫度Tg用黑線表示（點擊查看大圖）

圖3顯示了玻璃纖維增強聚苯硫醚（PPS）材料的DMTA測試結果。損耗模量（G''）曲線在101°C處出現(xiàn)峰值，表明該溫度為材料的玻璃化轉變溫度（Tg）。當溫度超過玻璃化轉變溫度后，材料從玻璃態(tài)轉變?yōu)橄鹉z態(tài)，其模量隨溫度升高逐漸下降，但變化幅度較小，表現(xiàn)出典型的橡膠彈性行為。這一結果清晰地反映了材料在玻璃化轉變溫度附近的動態(tài)力學性能變化。

圖3：玻璃纖維增強PPS試樣: 儲存模量G'（紅色）、損耗模量G"（藍色）和tan（^δ）（綠色）與溫度變化的關系。玻璃化轉變溫度Tg用黑線表示（點擊查看大圖）

總結

HAAKE MARS流變儀憑借著輻射對流爐溫控和固體夾持工具， 可將檢測范圍擴展到動態(tài)機械熱分析（DMTA）領域。結合經(jīng)典的流變裝置（如帕爾貼溫控、錐板幾何結構），HAAKE MARS流變儀是檢測聚合物復合材料及其液基材料的經(jīng)濟且優(yōu)選的解決方案。