美國TA大力值動態(tài)熱機(jī)械分析儀DMA3200

TA 儀器推出全新大力量動態(tài)熱機(jī)械分析與疲勞測試儀

美國特拉華州紐卡斯?fàn)柺校?/span>2017 年 10 月 10 日 – TA 儀器隆重推出全新 ElectroForce DMA 3200。  DMA 3200 將疲勞與動態(tài)熱機(jī)械分析 (DMA) 技術(shù)集成于單個機(jī)械測試平臺，帶來了刪除的性能。

機(jī)械特性常被視為材料 重要的物理特性。  在幾乎所有行業(yè)中，無論是汽車、航空航天、醫(yī)療器械、電子、高分子、彈性體還是復(fù)合材料，機(jī)械特性在了解材料與組件應(yīng)用上都有著非常重要的意義。DMA 可量化材料在較寬的溫度、頻率或應(yīng)力范圍內(nèi)的模量和能量消耗。而疲勞測試可讓您深入了解材料、組件和設(shè)備在振蕩力或應(yīng)力下會出現(xiàn)何種問題，或者會在何時出現(xiàn)問題。對材料行為的深入了解可確保穩(wěn)定的產(chǎn)品性能，并對產(chǎn)品使用壽命提供保障。

新型 DMA 3200 的核心是已獲專有的無摩擦 ElectroForce 電機(jī)。電機(jī)可承受 500N 的力，讓 DMA 的測試范圍更廣，可測試更大的樣品和更高的負(fù)載。其加速度更高且足夠穩(wěn)定，可進(jìn)行數(shù)十億次的疲勞循環(huán)。此電機(jī)是刪除擁有 10 年質(zhì)保的機(jī)械測試系統(tǒng)電機(jī)。

TA 儀器總裁 Terry Kelly 表示：“這款出眾的新平臺結(jié)合了 TA 儀器 DMA 技術(shù)的優(yōu)勢與自 Bose 公司收購的 ElectroForce 電機(jī)的出色性能。即便是從其他各家供應(yīng)商中分別選出兩臺儀器，也不能堪比新型 3200 這一臺的 DMA 和疲勞性能?！?/span>

ElectroForce DMA 3200 系統(tǒng)具有多個加熱爐選項（可適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和大尺寸樣品）、多個制冷選項（包括機(jī)械冷卻）、多種夾具和 TRIOS 軟件，可進(jìn)行靈活、直觀和全面的數(shù)據(jù)分析。

美國TA大力值動態(tài)熱機(jī)械分析儀DMA3200 

注：標(biāo)準(zhǔn)樣品夾 高使用溫度為 500°C。600°C 測試需要可選樣品夾。

DMA 3200 大力值動態(tài)熱機(jī)械分析儀技術(shù)

ElectroForce 線性電機(jī)

DMA 3200 采用已獲專有的 ElectroForce 線性電機(jī)技術(shù)，同時帶來刪除的性能和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。這種電機(jī)技術(shù)結(jié)合了強(qiáng)大的稀土磁體和無摩擦彎曲懸掛設(shè)計，可在各種頻率和振幅下實(shí)現(xiàn)精確的力和位移控制。DMA 3200 電機(jī)提供高達(dá) 500 N 的力輸出和 1 微米到 13 毫米的可控位移?？稍陟o態(tài)和動態(tài)兩種模式下進(jìn)行測試。

此外，無摩擦動磁式設(shè)計消除了其他電機(jī)設(shè)計中存在的故障點(diǎn)，例如移動電線或軸承老化。這確保了 可靠耐用的性能，通過在 ElectroForce 疲勞測試儀器中數(shù)十年的免維護(hù)使用，證明可進(jìn)行數(shù)十億次循環(huán)。該款電機(jī)是行業(yè)內(nèi)刪除擁有 10 年質(zhì)保的電機(jī)。

憑借此項高效、安靜且無需潤滑的電機(jī)技術(shù)，DMA 3200 幾乎可以用于所有場所；從實(shí)驗室到生產(chǎn)車間，或從潔凈室到辦公區(qū)域。

高分辨率光學(xué)位移傳感器

DMA 3200 采用高精度位移傳感器 (HADS)，可對 DMA 與疲勞測試所需的微小和大型形變進(jìn)行純粹的控制與測量。HADS 是超高性能光學(xué)設(shè)備，可在高速下進(jìn)行納米級分辨率的無摩擦低噪聲測量。傳感器位置緊靠樣品和加載軸，可進(jìn)一步 小化柔度和熱膨脹方面的誤差。

可互換力傳感器

高剛度和高帶寬力傳感器安裝于剛性框架結(jié)構(gòu)的底座上，可進(jìn)行互換以適應(yīng)不同樣品剛度。儀器標(biāo)配 500 N 傳感器，可添加可選的 22 N 傳感器以改善軟樣品測試時在小力量情況下的數(shù)據(jù)。

高機(jī)械剛度設(shè)計

在機(jī)械測試中，采用高剛度組件（如框架、連接組件和樣品夾）的儀器設(shè)計，對于測量準(zhǔn)確度至關(guān)重要。刪除/廣泛程度降低儀器組件形變或柔度可減少位移測量（否則也會表現(xiàn)為樣品形變）。3200 的超高剛性設(shè)計確保了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。它從剛性三柱型框架設(shè)計著手，刪除/廣泛程度提高了軸向和離軸剛度，通過在測試樣品上下使用空氣軸承還可進(jìn)一步加強(qiáng)。與會在測量中產(chǎn)生噪音和摩擦的傳統(tǒng)滾動或滑動軸承不同，空氣軸承可保留 ElectroForce 線性電機(jī)的高性能特性。

強(qiáng)制對流爐，FCO

FCO 是材料測量的刪除/優(yōu)選溫度設(shè)備，設(shè)計用于優(yōu)化溫度響應(yīng)時間、均勻性和穩(wěn)定性。該爐功能強(qiáng)大，刪除/廣泛加熱速率可達(dá) 60°C/min。該爐采用雙電阻槍加熱器可在形狀特殊的爐腔（在 -150°C 到 600°C* 的溫度范圍內(nèi)優(yōu)化氣體混合的均勻性和穩(wěn)定性）提供反向旋轉(zhuǎn)氣流，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性。FCO 標(biāo)配有方便耐用的 LED 燈和觀察窗?？梢允褂每蛇x液氮冷卻系統(tǒng)，可將溫度降至 -150°C。使用無液氮空氣冷卻系統(tǒng)，FCO 也可將溫度降至 -100°C。

* 500?C 以上的測試需要高溫樣品夾

大型樣品爐，LSO

LSO 內(nèi)部寬敞，可進(jìn)行大尺寸樣品或組件測試。在這種設(shè)計中，空氣穿過兩電阻后進(jìn)入爐腔，在 -150°C 到 315°C 的溫控范圍內(nèi)優(yōu)化大容積的均勻性。LSO 標(biāo)配方便查看的 140 mm x 190 mm 大型觀察窗和可移動門。LSO 的超大容積非常適用于配置 DMA 3200，并且科針對不同應(yīng)用定制夾具解決方案。

空氣冷卻系統(tǒng)

空氣冷卻系統(tǒng) (ACS) 提供的氣流冷卻系統(tǒng)，無需使用液氮即可執(zhí)行低于室溫的測試。提供兩種型號：ACS-2 和 ACS-3。冷卻器采用多級級聯(lián)壓縮機(jī)設(shè)計，利用壓縮空氣（7 bar，200 l/min）作為冷卻介質(zhì)。ACS-2 和 ACS-3 兩種型號允許 FCO 在溫度分別低至 -55°C 和 -100°C 時運(yùn)行。ACS-2 和 ACS-3 兩種信號允許 LSO 在溫度分別低至 -15°C 和 -50°C 時運(yùn)行。這款冷卻系統(tǒng)有助于所有實(shí)驗室停用或減少液氮消耗量并規(guī)避相關(guān)危險，提供驚人的投資回報。

夾具系統(tǒng)

DMA 3200 可使用多種樣品夾具系統(tǒng)針對不同的樣品剛性提供多種形變模式。FCO 采用的標(biāo)準(zhǔn)夾具系統(tǒng)包括拉伸、壓縮、三點(diǎn)彎曲、夾持彎曲和剪切式夾層。標(biāo)準(zhǔn) FCO 夾具由 17-4 不銹鋼鑄造， 高使用溫度為 500°C，使用可選夾具，使用溫度可提高至 600°C。LSO 夾具系統(tǒng)由鈦打造，可容納大尺寸樣品，適用于拉伸、壓縮和三點(diǎn)彎曲模式。所有 FCO 夾具均可用于 LSO。

三點(diǎn)彎曲

本模式中，樣品沿兩端及中間這三個接觸點(diǎn)發(fā)生形變。這是一種比較“純”的形變模式，因為樣品僅通過支點(diǎn)支撐，消除了夾具效應(yīng)。該模式是測試復(fù)合材料、陶瓷、玻璃、半結(jié)晶聚合物、金屬等條狀固體剛性材料的理想選擇。

拉伸

該模式中，用夾具夾住樣品的頂部和底部，使樣品處于拉伸狀態(tài)。拉伸夾具可用于薄膜、條料、單根纖維和纖維束等拉伸試驗。

壓縮

本模式中，樣品被置于上下圓板之間，并受到各種條件的壓縮而產(chǎn)生形變。壓縮模式可用于測試許多低至中等模量的材料，包括泡沫、彈性體、凝膠和其他軟固體。

雙懸臂和單懸臂

懸臂模式也稱為“夾緊”或“支撐”型彎曲模式，因為支撐點(diǎn)和變形點(diǎn)都被機(jī)械地固定于樣品上。雙懸臂模式中，用夾具夾住樣品的兩端和中間部分。單懸臂模式中也使用相同夾具夾住樣品的其中一端與中部。單懸臂模式測試較短的樣品長度。懸臂是對熱塑性材料、彈性體和其他高阻尼材料進(jìn)行一般性測試的理想選擇，也可測量基板上涂層的轉(zhuǎn)化。

剪切式夾層

在剪切式夾層中，兩塊尺寸一樣的材料夾于兩端和中間板之間。系統(tǒng)按樣品厚度方向施加形變，產(chǎn)生的形變即是簡單的剪切。該模式有時也稱為雙搭接剪。所測試的典型樣品包括聚合物熔體、泡沫、彈性體、凝膠、膏體以及其他軟固體或高粘度液體。

夾具技術(shù)參數(shù)

* 注：所有 FCO 固定裝置具兼容于 DMA3200 LSO 環(huán)境系統(tǒng)。隨附適配器。

控制與分析軟件

DMA 3200 由業(yè)內(nèi)功能強(qiáng)大的兩款軟件包 WinTest 和 TRIOS 提供支持。這兩款軟件包提供先進(jìn)的算法、精密的數(shù)據(jù)可視化和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析工具，可快速靈活地執(zhí)行和呈現(xiàn)實(shí)驗。

WinTest 高級控制軟件

WinTest 是一款功能強(qiáng)大的儀器控制和數(shù)據(jù)采集軟件，適用于 DMA 3200。該軟件具有直觀的環(huán)境，可在疲勞和 DMA 實(shí)驗設(shè)計中提供靈活性。DMA 實(shí)驗方法包括溫度斜坡、溫度掃描、應(yīng)力掃描和頻率掃描?？赏ㄟ^各種可用波形（包括正弦波形、三角波形、方波或斜波）輕松編程疲勞和斜坡故障測試。另外，可以組合波形，也可導(dǎo)入實(shí)際波形。 TuneIQ 和可控止動有助于客戶通過簡化調(diào)整任務(wù)管理加速和 ElectroForce 電機(jī)電源。

數(shù)據(jù)分析軟件 TRIOS

TA 儀器 TRIOS 軟件從 WinTest 無縫傳輸 DMA 數(shù)據(jù)，向?qū)嶒炄藛T提供行業(yè)工具，對 DMA 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和呈現(xiàn)。這款直觀的軟件包括各種測繪工具，其中包括多軸測繪、智能缺省和用戶自定義圖表設(shè)置、拖放疊加和用戶自定義變量。DMA 分析模型和功能的完整范圍包括時間-溫度-疊加、峰值分析、起始點(diǎn)分析、峰值整合和連續(xù)與離散弛豫譜。該軟件可在任何計算機(jī)上進(jìn)行離線安裝，輕松與同事共享數(shù)據(jù)。

應(yīng)用

動態(tài)熱機(jī)械分析，DMA

DMA 技術(shù)可向樣品施加正弦形變、應(yīng)力或應(yīng)變，然后測量粘彈性反應(yīng)。實(shí)驗期間可將形變的頻率和幅度保持恒定或變化（掃描）。材料對形變的響應(yīng)隨溫度、頻率或時間變化。DMA 可用于測定機(jī)械特性的變化，即復(fù)模量、E*、儲能和損失模量（E’ 和 E” 和粘彈性材料的阻尼 (tan δ)，檢測分子運(yùn)動和開發(fā)結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。

大力量動態(tài)熱機(jī)械分析，DMA

DMA 3200 的大力量能力擴(kuò)展了實(shí)驗加載方案，并能夠測試更大型樣品或?qū)嶋H組件。大力量 DMA 能力的示例參見上圖。

上圖顯示了一塊聚碳酸酯在加熱速率為 3°C/min、應(yīng)力為 0.4% 時的溫度斜坡。樣品尺寸為 1.6 mm 厚、12.8 mm 寬、19 mm 長。這些結(jié)果通過多種方式展示了 DMA 3200 設(shè)計的功能。首先，DMA 3200 的大力量、高剛度設(shè)計使得如此厚的樣品可以在拉伸模式下在聚合物的玻璃化區(qū)域中或低于 Tg 下進(jìn)行測試。更傳統(tǒng)的更低力 DMA 儀器設(shè)計將受力和剛度的限制。此類結(jié)果必須通過拉伸狀態(tài)下的彎曲結(jié)構(gòu)獲得。其次，具有低力敏感的無摩擦設(shè)計能夠通過超過三次方的模量變化表征玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化。

下圖顯示了兩個圓柱體橡膠樣品在 30°C 下、頻率為 10 Hz 時，使用壓縮夾具進(jìn)行的測試的應(yīng)變掃描。樣品尺寸為直徑 10 mm，厚度 20 mm。兩個橡膠樣品的填充劑含量不同，分別為 40 phr 和 60 phr（phr 為批量單位，表示每百份橡膠添加的份數(shù)）?？梢钥闯?，添加物含量直接導(dǎo)致模量更高和更多的應(yīng)變相關(guān)性模量。在此試驗期間，施加 20% 應(yīng)變（相當(dāng)于 5 mm）所需的力接近 60 N。這些結(jié)果凸顯了 DMA 3200 的大力量和異常位移控制。

疲勞和準(zhǔn)靜態(tài)測試

大多數(shù)材料、組件和設(shè)備在其使用期間均需接觸重復(fù)加載條件，而這些負(fù)載可以導(dǎo)致材料疲勞。疲勞可能導(dǎo)致材料行為的劇烈變化，可能影響整體性能，或?qū)е?/span>失效或嚴(yán)重故障。機(jī)械疲勞測試可讓您深入了解材料、組件和設(shè)備在振蕩力或應(yīng)力下會出現(xiàn)何種問題，或者會在何時出現(xiàn)問題。對材料行為的深入了解可確保穩(wěn)定的產(chǎn)品性能，并對產(chǎn)品使用壽命提供保障。

單調(diào)試驗，也稱為拉伸試驗，也適用于評估強(qiáng)度和形變響應(yīng)。在該實(shí)例中，會在單次負(fù)載失效試驗中測試各個特性。

可通過 DMA 3200 測量各種材料、組件或設(shè)備的特性，支持各種類型的動態(tài)或靜態(tài)強(qiáng)度研究。

啟動疲勞和準(zhǔn)靜態(tài)測試

DMA 3200 的靈活性、功能和耐久性使其除了能進(jìn)行 DMA 外，還可進(jìn)行各種測試。其廣泛的速度和力范圍，使其對疲勞和準(zhǔn)靜態(tài)測試也非常有用。這些功能的示例如上圖所示。

上圖顯示了在一小塊焊料上進(jìn)行的一項拉伸斷裂試驗，即抗拉試驗。位移斜坡控制在每分鐘 1 微米，溫度保持在 25°C。樣品尺寸為直徑 0.5 mm，長 2 mm。該試驗要求在相當(dāng)長的時間內(nèi)進(jìn)行緩慢且精準(zhǔn)的位移控制，該例中的時間為 14 小時。樣本在圖的左側(cè)展示了測試開始時的經(jīng)典線性區(qū)域，在圖的中間和右側(cè)顯示了非常長的延性破壞。該試驗展現(xiàn)了 ElectroForce 線性電機(jī)的靈活性。雖然它具有的動態(tài)性能，但仍可用于精確且慢速的測試。

下圖顯示了熱塑性彈性體的疲勞研究結(jié)果。該曲線通常稱為強(qiáng)度與循環(huán)測試的“S-N 曲線”。這是說明和表征材料或組件的循環(huán)負(fù)載壽命隨負(fù)載水平的變化?？梢钥闯觯S著應(yīng)力的降低，樣品需要更多循壞才能斷裂。該試驗展示了如何利用 DMA 3200 的高加速度和耐久性屬性將其用于高循環(huán)試驗。

示例測量：

彈性模量 (E)

剛度 (K)

屈服強(qiáng)度

抗拉強(qiáng)度

斷裂伸長率

疲勞強(qiáng)度

示例強(qiáng)度研究：

壽命加速測試

SN 曲線確定

機(jī)械老化

蠕變和恢復(fù)

應(yīng)力松弛

拉伸測試