△V
Tg
Tm Tg
T/℃
例7 天然橡胶体膨胀曲线（膨胀法）
2 动态热机械分析 2-1 基本定义
定义：在程序控温下，测量物质在振 动载荷下的动态模量和（或）力学损耗与 温度的关系。
(Dynamic Mechanical Analysis, DMA)
2 动态热机械分析 2-2 基本特点 特点1：小样品，宽温度、频率范围。 特点2：表征结构变化-分子运动- 性能。 特点3：动态载荷产品设计（轮胎）。
d △L/dt
Tg=128℃
T/℃
例4 环氧树脂 线膨胀系数（压缩）
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析 针入度
Tg1 Tg2
T/℃ 例5 聚酯/聚酰亚胺（针入度）
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析
千分表
负荷 介质 压头
温度
样品
例6 塑料维卡软化点测定（针入度）
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析
μ= -ε2/ε1
E=2G（1+μ）
E—杨氏模量，G—剪切模量
2 动态热机械分析 2-3 基本原理
线性粘弹性行为：
ε = ε0 sin (ωt) σ = σ0 sin (ωt + δ )
ω –角频率 δ –相位差
2 动态热机械分析 2-3 基本原理
线性粘弹性行为：
σ = σ0 sin(ωt) cosδ + σ0cos (ωt)sinδ
δ
γ
β
T
非晶态高聚物DMA温度谱（频率一定）
2 动态热机械分析 2-3 基本原理
Tanδ lgE‘lgE’’
Tanδ E‘
E’’ lgω
非晶态高聚物DMA频率谱（温度一定）
2 动态热机械分析 2-3 基本原理
高聚物 DMA频率谱（温度一定）
高聚物 DMA温度谱（频率一定） 由于调节温度比调频率 更容易，因此DMA温度 谱最常用。
F
2 动态热机械分析 2-4 分析仪器 F 平行板
3 在高分子材料中的应用
3-1 玻璃化温度测定 E’’ , Tanδ. Tg
T 玻璃化转变附近:E’’ ,Tanδ 最大
3 在高分子材料中的应用
3-1 玻璃化温度测定
例1 NBR/S,ZnO,DM/C体系
3 在高分子材料中的应用
3-1 玻璃化温度测定
千分表
负荷 介质 压头
温度
样品
例6 塑料热变形温度测定（弯曲法）
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析
△L
PC PVC
LDPE HDPE
T/℃
例6 温度-弯曲形变曲线（弯曲法）
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析
△L 硬PVC
LDPE 苯丙共聚
纤维素
T/℃ 例6 温度-拉伸形变曲线（拉伸法）
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析
例1 NBR/CoCl2体系
3 在高分子材料中的应用
3-2 耐热性能评价
千分表
负荷 介质 压头
温度
样品
例6 塑料维卡软化点测定（针入度）
千分表
负荷 介质 压头
温度
样品
例6 塑料热变形温度测定（弯曲法）
3 在高分子材料中的应用
3-2 耐热性能评价 特点：热变形温度（维卡软化点）测 定结果仅适合于同种材料间的相对比较， 不能全面衡量材料的耐热性能。
3 在高分子材料中的应用
3-2 耐热性能评价 E’
硬PVC
0.90GPa
尼龙6 T
T1
T2
3 在高分子材料中的应用
3-3 耐寒性或低温韧性评价
1、塑料：非晶态的玻璃态（T<Tg).
2、塑料：晶态+玻璃态（T<Tg).
3、塑料：晶态+橡胶态（T>Tg). 塑料耐寒性：低温下可运动单元情况。
3-3 耐寒性或低温韧性评价
ε = ε0 sin (ωt)
2 动态热机械分析 2-3 基本原理
线性粘弹性行为：
σ = ε0 E’ sin(ωt) + ε0 E’’ cos (ωt)
E’ = ( σ0 / ε0 ) COS δ E’’ = ( σ0 / ε0 ) sin δ
2 动态热机械分析 2-3 基本原理
E‘
Tanδ
玻璃化转变 α 次级松弛转变
玻璃化转变、结晶、取向、交联、相分离
2 动态热机械分析 2-3 基本原理
粘性 弹性 粘弹性 应力 应变
在应力下产生流动的能力 应力后恢复原状的能力 同时具粘性液体与纯弹性质 单位面积上承受的力 ε = △L/L0
2 动态热机械分析 2-3 基本原理
模量 柔量 泊松比
应力与应变之比，刚性量度。 模量的倒数，柔性量度。 外力下纵、横向应变之比。
定义：在程序控温下，测量物质在非 振动负荷下的温度与形变关系的技术。
拉伸
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
压缩
弯曲
扭转
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析 △L
Tf Tg T/℃
例1 PMMA 温度-形变曲线（压缩）
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析 △L
LDPE
HDPE T/℃
例3 PE 线膨胀系数（压缩）
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析 △L
γ= △V /（V0 △T）
γ —体膨胀系数（1/K） V0—初始体积 △T—试验温度差
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
DIL 402 PC热膨胀仪 德国
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
DIL 402 C热膨胀仪 德国
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
DIL 402 E热膨胀仪 德国
1 热机械分析 1-2 静态热机械分析
α= △L /（L0 △T）
α —线膨胀系数（1/K） L0—初始长度 △T—试验温度差
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
α= △L /（L0 △T）
美国：-30-30℃ 日本： 25-80℃ 我国： 0-40℃
注意：要求测试温度范围内无相转变
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
体热膨胀法：温度升高1度，试样体积膨 胀（或收缩）的相对量：
2 动态热机械分析 2-4 分析仪器
DMA 242 C动态热机械分析仪
2 动态热机械分析 2-4 分析仪器 F 三点弯曲
2 动态热机械分析 2-4 分析仪器 双悬臂梁
F
2 动态热机械分析 2-4 分析仪器 单悬臂梁
F
2 动态热机械分析 2-4 分析仪器 纤维延伸
F
2 动态热机械分析 2-4 分析仪器 薄膜延伸
1 热机械分析 热膨胀法
1、零负荷测定
2、静态负荷测定
静态热机械 动态热机械
3、动态负荷测定
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
定义：在程序控温下，测量物质在可忽
略负荷时尺寸与温度关系的技术。
线热膨胀法 体热膨胀法
1 热机械分析 1-1 热膨胀法
线热膨胀法：温度升高1度，试样某一方 向上相对伸长（或收缩）量：