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- 技術原理 -
21.May.2018

熱分析-DMA 熱分析應用─Master Curve的原理

 

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DMA(Dynamic Mechanical Analyzer) 動態熱機械分析儀,其原理是使樣品處於程式控制的溫度下,通過對材料樣品施加一個已知振幅和頻率的振動,測量損耗因數(Tan δ)隨溫度、時間、力量與頻率的函數關係,用以精確測定材料的儲存模數(E’)、損失模數(E”)、楊氏係
數、粘彈性等機械行為,材料隨著溫度的變化判斷其強度、黏性、彈性、Tg 點、制震效果等。除了材料本身的粘彈特性外使用者也常想知道材料在長時間上特性的改變,而評估材料在不同頻率下的粘彈性特性的方法之一是通過DMA來製備Master curve的技術。

聚合物粘彈物質,在一定應力下彈性會因為時間經過而降低,也會因為溫度上升而降低,也就是說時間的增加或溫度的上升對彈性有相同的影響,這就是“時間-溫度迭加原理”(time-temperature superposition )。依其原理,可以將溫度變化轉換成頻率變化,並研究特定溫度下材料粘彈性質與頻率的關係。通過這種方法,可以預測超出實際測量頻率範圍的材料粘彈性質,以確定任意溫度下材料的粘彈性質。


 
分析案例
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圖一顯示聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的資料。 圖中所示的曲線是通過使用0.01hz~100hz範圍內13個不同頻率同時測量溫度和頻率獲得的圖型。圖中顯示PMMA的的E'(儲存模數)資料和tanδ(損耗正切)數據。

圖二顯示圖一的E'曲線在115℃至143℃的恒定溫度範圍內的頻率資料。

圖三是由圖二中顯示的這些資料製備的主曲線的示例。基於WLF方程,計算而成。130℃時從10-3Hz到105Hz,各條曲線合併成一條主曲線。
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結論

由Master Curve可以看到特定溫度下在不同頻率的材料特性,依照時間-溫度疊加原理(TTS原理time-temperature superposition)既可將極低頻率當作長時間使用時材料在強度、黏性、彈性、Tg 點、耐震效果的改變,借此來預測材料在長時間使用下材料特性上的變化或是材料壽命及老化程度。而一般傳統Master Curve製作方式是針對各個頻率去做,再以WLF方程式去重疊計算合成為Master Curve,而目前規格較高的DMA則可針對不同的頻率在一次測試中合成5個頻率,減少測試時間並利用軟體直接合成Master Curve直接看到材料更多的特性。

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