• 熱分析-DMS DMS (DMA)動態黏彈性分析儀-最適樣品尺寸選擇

            Dynamic Mechanical Spectrometer (動態熱機械分析儀),一般常用DMS或DMA做為簡稱,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 d)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量(E’)、損耗模量(E”)、楊氏模量(E*)或剪切模量(G*)、粘彈性等機械行為,藉由所得數據的判斷可知材料隨溫度變化的強度、黏性、彈性、Tg 點、制震效果、材料混煉效果、各種相轉變點等。DMS被廣泛應用於熱塑性與熱固性塑膠、橡膠、塗料、金屬與合金、無機材料、複合材料等領域。
     
            樣品的大小與彎曲容易程度有關但與模數(Modulus)無關,這點是不容否認的,即使是脆弱的紙,一旦製成了5mm的厚紙板要扯開也是需要相當大的力量的;樣品的尺寸對於DMS測量是相當重要的一個變數。多數DMS無法在測試開始之前就提供有效的數據或圖型用以告知使用者所備製的樣品是否適用,在這種情況下,往往使用者只能在測試了數小時後 才能藉由中斷的測試圖型判斷樣品是因為模數太高、尺寸太大而無法被拉動,或是因為模數太低尺寸太小而在測量當中因升溫而塌陷下來,不僅浪費測試時間,也使得樣品備製成為測試者的夢魘。
     
            SII (Seiko)DMS6100獨特的形狀因子計算公式及軟件,可在測量開始前測試室溫下樣品尺寸與彈性模數的關係,可即時調整待測樣品的尺寸,節省備製樣品及測試的時間。
    形狀幾合因子:取決於樣品形狀,尺寸和變形模式,與樣品材質無關。
    彈性模量:取決於樣品材質,與樣品形狀,尺寸無關。
            當樣品具有相同的彈性模量狀況下,較大的形狀因子值表示樣品比較難以變形,反之,當該值變小,變形變得更加容易。舉例來說,用以下公式顯示用拉伸模式定義的形狀因子。形狀因子α,拉力F和變形係數x的值如下:
            
                                       
           
    σ =Stress(應力)
    ε =Stain(應變)
    E’ =Elasticity Modulus(彈性模數)
    kf , kx:樣品形狀特殊係數,尺寸和形變模式。對拉伸測量來說,橫截面積S及樣品長度l成反比。
       
            當使用者在實際使用DMS6100安裝完樣品後,開始測試之前,僅需按下一「Test」鍵即會出現以下圖示,顯示樣品大小是否在最適尺寸。

            右圖,橫軸為彈性模量,緃軸為形狀幾合因子,室溫下「Test」結果在綠色範圍內為最佳測試範圍。同一件樣品,截面積越大時,藍色訊號會向上移動;反之,截面積越小時,藍色訊號會向下移動。溫度越高,樣品的彈性模量越低,訊號往左移動;溫度越低,彈性模量越高,訊號往右移動。
            以左圖為例,假設於室溫測試時,藍色訊號位於紅線邊緣上,表示樣品截面積可能稍大無法符合測試需要,儀器可能在測試當中停止;依上圖的指示,建議減少樣品的厚度或寬度,藍色訊號即會向下方移動到合適的範圍內。假設,樣品要從負溫開始測量,藍色訊號於降溫後會向右移動而超出適合範圍,因此,最好的方式也是減少樣品的截面積,使之右側能有彈性空間往低溫移動,方能符合測量條件需求。

            正確的樣品大小對於 DMS測試是非常重要的,樣品尺寸不正確會影響到模數測試的準確度,也容易在測試中產生振幅太小訊號不明顯、樣品坍塌、樣品斷裂…等問題,所以,在測試前善用DMS”尺寸因子測試” 的功能是非常重要的。

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