美國TA大力值動態(tài)熱機械分析儀DMA3200

TA 儀器推出全新大力量動態(tài)熱機械分析與疲勞測試儀

美國特拉華州紐卡斯爾市,，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)熱機械分析 (DMA) 技術(shù)集成于單個機械測試平臺，帶來了刪除的性能,。

機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,、彈性體還是復合材料，機械特性在了解材料與組件應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,、組件和設備在振蕩力或應力下會出現(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。電機可承受 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載。其加速度更高且足夠穩(wěn)定,，可進行數(shù)十億次的疲勞循環(huán),。此電機是刪除擁有 10 年質(zhì)保的機械測試系統(tǒng)電機。

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 電機的出色性能,。即便是從其他各家供應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。"

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

美國TA大力值動態(tài)熱機械分析儀DMA3200 

注：標準樣品夾 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)熱機械分析儀技術(shù)

ElectroForce 線性電機

DMA 3200 采用已獲專有的 ElectroForce 線性電機技術(shù),，同時帶來刪除的性能和數(shù)據(jù)準確度。這種電機技術(shù)結(jié)合了強大的稀土磁體和無摩擦彎曲懸掛設計,，可在各種頻率和振幅下實現(xiàn)精確的力和位移控制,。DMA 3200 電機提供高達 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)兩種模式下進行測試,。

此外，無摩擦動磁式設計消除了其他電機設計中存在的故障點,，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)十年的免維護使用,，證明可進行數(shù)十億次循環(huán),。該款電機是行業(yè)內(nèi)刪除擁有 10 年質(zhì)保的電機。

憑借此項高效,、安靜且無需潤滑的電機技術(shù),，DMA 3200 幾乎可以用于所有場所；從實驗室到生產(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行純粹的控制與測量,。HADS 是超高性能光學設備,，可在高速下進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，可進行互換以適應不同樣品剛度,。儀器標配 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)。

高機械剛度設計

在機械測試中,，采用高剛度組件（如框架,、連接組件和樣品夾）的儀器設計，對于測量準確度至關(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 的超高剛性設計確保了數(shù)據(jù)準確性,。它從剛性三柱型框架設計著手，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一步加強,。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 線性電機的高性能特性,。

強制對流爐,，FCO

FCO 是材料測量的刪除/優(yōu)選溫度設備，設計用于優(yōu)化溫度響應時間,、均勻性和穩(wěn)定性,。該爐功能強大，刪除/廣泛加熱速率可達 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,，從而實現(xiàn)優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性。FCO 標配有方便耐用的 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,，可進行大尺寸樣品或組件測試,。在這種設計中，空氣穿過兩電阻后進入爐腔,，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)壓縮機設計,，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 時運行,。這款冷卻系統(tǒng)有助于所有實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 采用的標準夾具系統(tǒng)包括拉伸、壓縮,、三點彎曲,、夾持彎曲和剪切式夾層,。標準 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,、壓縮和三點彎曲模式。所有 FCO 夾具均可用于 LSO。

三點彎曲

本模式中,，樣品沿兩端及中間這三個接觸點發(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支撐，消除了夾具效應。該模式是測試復合材料,、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,，因為支撐點和變形點都被機械地固定于樣品上,。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)功能強大的兩款軟件包 WinTest 和 TRIOS 提供支持,。這兩款軟件包提供優(yōu)良的算法、精密的數(shù)據(jù)可視化和強大的數(shù)據(jù)分析工具,，可快速靈活地執(zhí)行和呈現(xiàn)實驗,。

WinTest 高級控制軟件

WinTest 是一款功能強大的儀器控制和數(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 實驗設計中提供靈活性。DMA 實驗方法包括溫度斜坡,、溫度掃描,、應力掃描和頻率掃描?？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，也可導入實際波形,。 TuneIQ 和可控止動有助于客戶通過簡化調(diào)整任務管理加速和 ElectroForce 電機電源,。

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上進行離線安裝,，輕松與同事共享數(shù)據(jù)。

應用

動態(tài)熱機械分析,，DMA

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

大力量動態(tài)熱機械分析，DMA

DMA 3200 的大力量能力擴展了實驗加載方案,，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 設計的功能。首先,，DMA 3200 的大力量,、高剛度設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 下進行測試。更傳統(tǒng)的更低力 DMA 儀器設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，使用壓縮夾具進行的測試的應變掃描,。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)）,。可以看出,，添加物含量直接導致模量更高和更多的應變相關(guān)性模量,。在此試驗期間，施加 20% 應變（相當于 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,。

疲勞和準靜態(tài)測試

大多數(shù)材料、組件和設備在其使用期間均需接觸重復加載條件,，而這些負載可以導致材料疲勞,。疲勞可能導致材料行為的劇烈變化，可能影響整體性能,，或?qū)е?/span>失效或嚴重故障,。機械疲勞測試可讓您深入了解材料、組件和設備在振蕩力或應力下會出現(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，也適用于評估強度和形變響應,。在該實例中,，會在單次負載失效試驗中測試各個特性。

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

啟動疲勞和準靜態(tài)測試

DMA 3200 的靈活性、功能和耐久性使其除了能進行 DMA 外,，還可進行各種測試,。其廣泛的速度和力范圍，使其對疲勞和準靜態(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,。該試驗要求在相當長的時間內(nèi)進行緩慢且精準的位移控制,，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)負載壽命隨負載水平的變化?？梢钥闯?，隨著應力的降低，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)

屈服強度

抗拉強度

斷裂伸長率

疲勞強度

示例強度研究：

壽命加速測試

SN 曲線確定

機械老化

蠕變和恢復

應力松弛

拉伸測試