多种样品中硬度、弹性、软化点等检测方案(动态热机械)

PerkinElmer'For the BetterPerkinElmer80 周年用户论文集 DMA8000 动态热机械分析仪测试方法 安继明，陈文怡 武汉理工大学测试中心 1.应用范围 该仪器配多种夹具及相应的探头，可以用于材料的拉伸、压缩、弯曲，可以提供模量、弹性、硬度、软化点等信息。 2.引用标准 GB/T6425-2008热分析术语中的相关术语。 ASTM E1687 DMA 温度校正测试标准方法。 ASTM E2254 DMA 储能模量校正测试标准方法。 3.方法原理 对样品施加一个周期性的力并分析样品对力的响应，配以程序控温、力的频率控制，可以分析样品在温度影响下对施加力的响应。 4.常用试剂及材料 4.1标准物 DMA 仪器温度和模量校正用标准物质： PMMA标准试样。 项目 标准值 PMMA储能模量 0℃ 160℃ 1e-10ePa1 e-10ePa PMMA损耗因子曲线峰值 115-135℃ PMMA 损耗因子曲线峰高 1-2 5. 仪器 5.1检测仪器 仪器名称：动态热机械分析仪 型 号： DMA 8000 测试温度范围：：-150~500℃ 模量解析度：0.0001Pa 模量精确度：+0.1% 动态样品变形范围：0~+1000um 加力范围：+/-10N 力解析度：0.0002N 仪器组成如下： 应力控制系统：对样品施加动态力和静态力。 气路及冷却装置：对样品进行气氛保护和冷却。 测试框架：安放样品系统及相应的夹具。 测量系统：温控系统，炉子，数据采集及处理等。 5.2附件 DMA8000 的液氮冷却系统 5.3仪器环境要求 5.3.1室内温度：118℃~25℃ 5.3.2相对湿度：≤70%RH 5.4仪器条件 仪器供电电压：220V+10% 频率50Hz+10%，液氮降温。 6.样品制备 试样制备方法 6.1一般注意事项 样品应均匀和具有代表性，样品表面要求光滑平整。待测样品不能熔融和断裂以免对仪器产生损害。 6.2单悬臂梁模式 长：10~30mm，，宽：2~10mm，厚：1~3mm 6.3三点弯曲模式 长：20~45mm，，宽：2~10mm，厚：1~3mm 6.4拉伸模式 长：110~20mm， 宽：2~10mm， 厚：11~3mm 6.5压缩模式 长：10~20mm，，宽：2~10mm， 厚：1~3mm。 i可以是圆柱 6.6试料夹 可测试凝胶、粉末等样品，要求社匀具有代表性。 7.分析测试步骤 7.1按照仪器操作规程开机； 7.2测量模式及参数选择 模量在 10'Pa~OPa 采用压缩模式，厚度0.5~10mm；模量在 10"Pa~0Pa 采用三点弯曲模 式，厚度1~3mm；*模量在10Pa~oPa 采用拉伸模式，厚度0.02~1mm；模量在10"Pa~0Pa 采用单悬臂梁模式，厚度1~2mm，升温速率：1~5℃/min，建议1℃/min，频率：建议1Hz。 7.3样品装样 在装置样品前，首先选择测量模式并对夹具进行力置零。不同的模式要用不同的夹具，装置方法按仪器操作手册完成。 7.4以(10~20)mL/min 的流量通人保护气体至样品池室； 7.5选择测量模式，输入样品参数，如长、宽、厚；选择应变、力、频率初始值，可以采用仪器默认值，也可以根据样品的不同来设置；选择合适的温度范围，要求从负温度开始测试或要求程序降温测试，必须开液氮制冷系统； 7.6按设定的升温速率加热样品； 7.7按设定要求样品在此温度下恒温一定时间； 7.8测试中如果仪器给出由于应变超出范围而保护仪器自动停止测量则不采用此数据；需要重新设置初始值再重新测量。 8.数据处理 8.1DMA 的数据处理 数据处理包括从得到的 DMA 曲线定出转变过程的储能模量值、损耗因子峰值、峰高，损耗模量的峰值及对应的温度值。储能模量一般不会出现峰，但在转变过程的前后储能模量的曲线会出现台阶式的变化，参照损耗模量曲线峰值出现的范围，在转变前后各标注储能模量及温度值用来表明转变前后模量值的变化。如果出现双峰现象，则包括两个峰温。 8.2不确定度计算 DMA 不同于其它的热分析，如TG-DSC，标样给出确定的值，而 DMA 的标样给出的值是一个范围。这为误差评估及不确定度的给出带来了困难。模量值与样品的尺寸有关，而损耗因子是损耗模量与储能模量的比值，相应的受尺寸影响较小。因此，不确定度是用损耗因子的峰值温度和峰高给出，采用相同的样品，在相同尺寸下，相同的测试条件下测量5次，用A类不确定度给出。 ua为不确定度， s(x)为实验标准偏差， n为试验次数， x{为第i次实验值，x为平均值。 8.3测试报告内容： 8.3.1表明试样的名称及来源； 8.3.2表明所用的检测仪器； 8.3.3列出所要求的检测项目，说明检测环境条件； 8.3.4列出检测条件，如气体类型、流量、升降温速率、频率、力； 8.3.5列出检测数据，写出检测结果。 8.3.6如客户需要不确定的评估，则需要提供5个相同的样羊按8.2的计算给出。 9. 不同仪器之间的比对 采用该方法使用 PMMA 表样在德国耐驰公司的 DMA仪器(DMA242E) 和美国 PerkinElmer公司 Diamond DMA 动态热机械分析仪做了仪器之间的比对，结果如下： 图一、DMA242E仪器的结果 图二、Diamond DMA 仪器的结果 图三、DMA8000仪器的结果 从结果上看， DMA242E仪器给出的 PMMA 损耗因子峰值温度及峰高是：129.1℃，1.547，DiamondDMA 仪器的是：129.4℃，1.6128，、DMA8000 仪器的是：128.06，1.44。三个结果的值都在PMMA 标样给出的结果范围内。结果表明该方法可以使用不同的仪器。 6．样品制备试样制备方法6.1 一般注意事项样品应均匀和具有代表性，样品表面要求光滑平整。待测样品不能熔融和断裂以免对仪器产生损害。6.2 单悬臂梁模式长：10～30mm，宽：2～10mm，厚：1～3mm6.3 三点弯曲模式长：20～45mm，宽：2～10mm，厚：1～3mm6.4 拉伸模式长：10～20mm，宽：2～10mm，厚：1～3mm6.5 压缩模式长：10～20mm，宽：2～10mm，厚：1～3mm。可以是圆柱6.6 试料夹可测试凝胶、粉末等样品，要求均匀具有代表性