动态负载热机械分析(DLTMA)技术及其应用

　　热机械分析TMA(Thermomechanical analysis)是在程序控温非振动负载下测量试样形变与温度关系的技术。由此测得的是形变—温度曲线。

　　如果对试样施加周期性变化的负载，则试样尺寸也随着周期性变化。该测试模式称为动态负载TMA(DLTMA)，是一种应力调制的动态热机械分析技术。由振幅和试样厚度可计算试样的弹性模量(杨氏模量)和损耗因子tanδ。三点弯曲、压缩、针入、拉伸等模式都可进行DLTMA实验。

　　DLTMA的测试原理和功能与动态热机械分析仪(DMA)相似，在许多应用上，可以作为简单的DMA使用。同时，由于其测试温度范围要比DMA更宽，试样温度测量更精准，故而有时比DMA更具优势。

　　但是在实际中，无论是在热分析仪器数量的比率方面，还是在实际测试的应用方面，DLTMA功能远未得到应有的重视，远未发挥其应有的作用。

　　1 聚合物玻璃化转变的DLTMA分析

　　1.1 聚苯乙烯(PS)玻璃化转变的DLTMA分析

　　测试模式：压缩。探头：3mm圆点探头。测试方法：12s的周期内施加0.05N到0.25N的动态负载。升温速率：第一次测试10K/min，第二次测试5K/min。气氛：静态空气。约12mg片状试样放在试样支架上。

　　如图1上面部分的第一次升温测试曲线所示，试样在80℃前是坚硬的固体，包络线的斜率等于玻璃化转变温度以下时试样的膨胀率。穿透(凹陷)起始点为玻璃化转变温度Tg=98.8℃。之后，由于应力冻结或体积松驰(对应于DSC焓松驰)而产生膨胀。在110℃以上，应变振幅的增加表明杨氏模量的下降。135℃时开始塑性形变。

　　通常推荐采用第二次DLTMA测量曲线来计算Tg(图1中下面曲线)，它的上包络线给出转变区域的起始点为玻璃化转变温度Tg=107.3℃。

　　1.2 聚苯酯(POB)薄膜玻璃化转变的DLTMA分析

　　测试模式：薄膜拉伸。测试方法：在12s的周期内施加0.05N到0.2N的动态负载。升温速率：3K/min。试样长度：10mm。气氛：50ml/min氮气。分别测试薄膜的x和y方向。

　　如图2和图3所示，DLTMA测试结果表明，POB薄膜试样在x和y两个方向具有相似的力学性能。由图3模量曲线(上面曲线)求得的玻璃化转变温度约为15℃;由图3损耗因子tanδ曲线(下面曲线)求得的玻璃化转变温度约为25℃。

　　本例说明，对于测量玻璃化转变温度这样的物理性能，DLTMA具有与动态热机械分析仪DMA相似的功能。且由于热机械分析仪(TMA)的温度范围更宽，试样温度测量更精准，因此DLTMA有时更具优势。

　　1 . 3 环氧树脂(E P OX Y)粉末涂料玻璃化转变的DLTMA分析

　　测试模式：三点弯曲;探头：3mm圆点探头。测试方法：在12s的周期内施加0.5N到1.0N的动态负载。升温速率：10K/min。气氛：静态空气。试样制备：KU600环氧树脂粉末涂料在两片0.1mm厚的钢板(16mm长、5mm宽的电动剃须刀片)间固化，涂层厚度0.06mm，产生一个三明治结构，已固化的样品放在弯曲夹具上，夹具支座间的距离为14mm。