动态机械分析仪DMA使用及管理办法.docx

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动态机械分析仪DMA使用及管理办法

动态机械分析仪（DMA）使用及管理办法

仪器名称：

TAInstrumentsDynamicMechanicalAnalyzerDMA2980

厂牌：

TAInstruments（美商沃特斯）,USA

型号：

DMA2980

A.仪器简介

「仪器简介」（附件一）

B.使用前注意事项及操作步骤

1.「管理办法使用安全事项」（附件二）

2.「操作步骤」（附件三）

C.仪器管理

1.校内使用者请填写「预约使用申请书」（附件四）

2.校外使用者请填写「贵仪中心委托检测单」（附件五）

3.「仪器校正步骤」（附件六）

4.「管理、服务人员职责」（附件七）

•DTA-TGA仪器主体介绍：

•DTA-TGA仪器量测系统可分为热差分析（DTA）、示差分析（DSC）及热种分析（TGA）

附件一：

仪器简介

动态机械分析仪（DMA）

TAInstrumentsDynamicMechanicalAnalyzerDMA2980

DMA是测量样品在程式温度过程中，在一定频率的交变力的作用下的应变行为，测量其储能模量、损耗模量和损耗因数等参数随温度、时间与力的频率的函数关系。

由此可以得到材料的粘弹谱（粘弹性能随温度与频率的变化关系），推断材料的内在结构转变如玻璃化转变、二级相变、链段松弛、蠕变等过程，并可计算相关的转变活化能。

仪器名称：

TAInstrumentsDynamicMechanicalAnalyzerDMA2980

厂牌：

TAInstruments（美商沃特斯）,USA

型号：

DMA2980

DMA原理

所有材料在温度变化时都会有物性上的变化，如膨胀收缩、软化、交联硬化等，而为一窥材料在不同温度下的物性，常用的量测工具之一是动态机械分析仪（DynamicMechanicalAnalyzer,DMA）。

一般材料会受到自然界中的三种环境变化影响而改变其物理特性，分别为力量（Force）、频率（Frequency）以及温度（Temperature）。

施加大小不同的力量於材料时，材料特性会有所不同；施力的频率不同，材料特性亦有所不同，施力频率高则材料会变得更为坚硬，施力频率低则材料会较为柔软；相较之下，温度的变化即更为显而易见，因为所有材料同时拥有黏性（Viscosity）与弹性（Elasticity）的特性，不同材料的差别仅在於两者的比例不同而已。

因此在DMA中，利用施力於样品，但样品反应延迟，测得相角差（δ），再计算成为损失模数（E”），由样品反应的振幅（Amplitude）计算到储存模数（E’）。

其中Tanδ高的材料代表黏性行为较为明显，Tanδ低的材料代表弹性行为较为明显。

因此，在DMA中最先得到的数据是Tanδ,StorageModulusE’及LossModulusE”，再藉由此三种数据去发展，求得其他数据，如ComplexModulus,ShearModulus等。

藉由所得数据的判断可知，材料随温度变化的强度、黏性、弹性、Tg点、制震效果、材料混炼效果、各种相转变点等。

DMA发挥得当，甚至可取代大部分的物性分析仪器。

DMA2980主要规格

一、DMA2980的仪器规格

1.外形尺寸

深度43.2cm；宽度66cm；高度：

打开炉子71cm

关闭炉子56cm

2.重量

38.6Kg

3.用电

120Vac；50/60Hz；7amps

4.温度范围

-150to600℃

5.最大样品长度

50mm

6.最大样品宽度

5mm

7.最大样品厚度

5mmto10mm,随夹具种类而变

8.最大样品移动范围

25mm

9.有效施力范围

0.001to18N

10.样品气氛

受流量控制的钝气或空气

二、DMA2980的温度控制规格

1.温度范围

-150to600℃

2.可程控加热速率

0.1to50℃/min,0.1℃/min的可调量

3.可程控冷却速率

0.1to10℃/min到100℃

4.温度再现性

±2℃

5.恒温控制稳定性

+/-0.1℃above50℃；+/-0.1℃below50℃

6.炉子自动移动功能

有

三、DMA2980的粘弹性实验值量测性能

1.模量范围

103Pato3×1012Pa，视夹具种类而定

2.模量准确性

+/-1％

3.频率范围

0.01to200Hz

4.频率可调性

低频区：

0.01Hz；高频区：

1.0Hz

5.最大施力

18N

6.最小预张力

0.001N

7.Tanδ范围

0.001to10

8.Tanδ解析度

0.00001

9.Tanδ灵敏度

0.0001

10.动态振幅范围

+/-0.5to10.00μm

11.形变解析度

1nm

四、DMA2980的夹具种类及样品尺寸规格

1.双或单悬臂（共三组）

（Dual/SingleCantilever）

（双）长度：

大号/中号/小号=35/20/8（mm）

（单）长度：

大号/中号/小号=17.5/10/4（mm）

宽度最大15mm,厚度最大5mm

2.三点弯曲（共两组）

（3-PointBend）

（大号）长度：

大跨距/小跨距=50/20（mm）

（小号）长度：

大跨距/中跨距/小跨距=15/10/5（mm）

宽度最大15mm,厚度最大7mm

3.伸张，薄膜用

（Tension,Film）

长度：

5to30mm

宽度：

最大8mm

厚度：

最大2mm

4.伸张，纤维用

长度：

5to30mm

直径：

最小15丹尼,最大0.8mm

5.剪切三明治

（ShearSandwich）

两块相同的方形样品，边长10mm，厚度每块最大4mm

6.压缩

（Compression）

两组平行圆板，大圆板直径40mm，小圆板直径15mm，厚度最大10mm

7.穿刺

（Penetration）

依不同需求而安置三种探针（Probe）

（1）穿刺型探针，测熔点、Tg用

（2）半圆球型探针，测软化点（SoftPoint）用

（3）圆柱型探针，测线性尺寸变化用

TAInstruments2980DynamicMechanicalAnalyzer

MeasuredProperties

ostiffnessmodulusandenergydissipationofcomposites,thinfilms,fibers,curedfoams,andelastomers

oTandelta

oglasstransitiontemperatures

osecondarytransitions

oenergydamping

TestParameters

otemperaturerange?

-150to500°C

ofrequencyrange?

0.001to10.0HZ

ModesofOperation

ofixedfrequencytemperaturescan

oresonantfrequency?

ostressrelaxation

ocreep

AccessoriesAvailable:

oregularserratedclampsforstiffsamples

othinfilmtensionclamps

o2-pointbendingclamps

o3-pointbendingclamps

osinglecantileverbendingclamps

odualcantileverbendingclamps

ofoam/elastomercompressionclamp

附件二：

DMA2980管理办法及使用安全事项

动态机械性质分析仪（DMA）管理办法内容

1.试片不得为含有毒性、腐蚀性、挥发性、含水分、低熔点材料，

违者立即取消该员认证资格，经三个月後才可申请再次认证，通过

後即回复认证资格。

2.若於预约当日，无法如期到场，且未以电话告知取消时段，累计

两次以上者，停权三个月。

3.若因人为操作不当，导致仪器故障，立即取消该员认证资格，经

六个月後才可申请再次认证，通过後即回复认证资格。

4.若因人为操作不当，导致仪器严重故障或是损毁，立即取消该员

认证资格，不得再次提出申请认证。

5.因实验需要，需更改仪器参数，请事先告知研究助理，经许可後

才可更改之，若在无许可情况下自行任意更改实验参数经发现

後，取消认证资格，并不得再次提出申请认证。

6.本仪器须经使用认证考核通过後，才可预约使用，若发现无证

照、停权者或取消认证资格者擅自使用，将以现行犯处理，并告

知其指导教授。

7.校外委托测试相关事项

仪器设备名称

收费标准

管理办法

负责人及联络电话

动态机械性质分析仪（DMA）

1800元（件/小时）

温度范围：

-160℃~500℃

低温部分，液态氮使用费另计。

有

材料系黄继远3411-300

管理老师：

黄继远教授

管理学生：

曹耕毓

联络电话：

02-25925252-3411-101

附件三：

操作步骤

实验程序

1.确定GCA连接妥善。

2.打开主机”POWER”键，完成信赖度测试，并开始暖机。

3.打开主机”HEATER”键。

4.排放除水机内的积水与残压。

5.确定除水机内之积水完全清除，再打开除水机电源。

6.打开GCA的电源（如果需要做室温以下之实验），确定通过自我测试，点亮”Ready”灯。

7.打开控制电脑，载进”ThermalSolution”，取得与DMA2980之连线。

8.打开DMA控制软体的”即时讯号”（RealTimeSignal）视窗，确定最下面的”FrameTemperature”与”AirPressure”都己OK。

若有接GCA则需显示”GCALiquidLevel：

若干%full”。

9.按“Furnace”键打开炉体，检视是否需安装或换装夹具?

若是，请依标准程序完成夹具安装。

10.若有新换夹具，则记得重新设定夹具的种类，并逐项完成夹具的校正（MASS/ZERO/COMPLIANCE）。

11.若沿用原有夹具，请按“Float”键，依要领检视驱动轴漂动状况，以确定处於正常。

12.准备好样品，裁成试片量测其精确的尺寸。

对於会有污染、流动、反应、粘结等顾忌的样品，需事先做好防护措施。

有些样品可能需要一些辅助治具，才能有效的安装在夹具之上。

13.小心正确的安装好样品试片，确定位置下中没有歪斜。

14.调整温度热偶的位置，使尽量靠近试片。

15.编辑测试方法，并存档。

16.编辑频率表（多频扫瞄时）或振幅表（多变形量扫描时），并存档之。

17.指定测试的模式（DMA/TMA/…等五项中之一）。

18.打开”ExperimentalParameters”视窗，输入样品名称、试片尺寸、操作者姓名及一些必要的注记。

指定空气轴承的气体源及存档的路径与档名，然後载入实验方法与频率表与振幅表（若是TMA则无频率表或振幅表）。

19.打开”InstrumentParamentrs”视窗，逐项设定好各个参数，如：

数据取点间距、振幅、静荷力、Auto-strain、启始位移归零等。

20.按下主机面板上的”MEASURE”键，打开即时讯号视窗，观察各项讯号的变化是否够稳定（特别是振幅），必要时调整仪器参数之设定值（如静荷力与Auto-Strain）以使达到稳定。

21.确定有好的开始（Pre-view）後便可按“Furnace”键关闭炉体，再按“START”键，开始正式进行实验。

22.只要在连线（on-line）状态下，DMA2980所产生的数据会自动的，一次次的转存到电脑的硬碟中。

实验结束後，完整的档案便存到硬碟里。

23.如果因为某种原因而导致连线失败的话，实验数据仍持续储存到主机内的记忆体内，只要不关机或另外再进行新的实验，数据不会被删除。

只要在选择Utilities/DataTransfer之後，便可强制将记忆体内的数据转存到硬碟之内。

24.假设不中途主动停止实验，则会依据原先载入的实验方法完成整个实验。

假如觉得实验不需要再进行的话，可按“STOP”键停止（数据有存档）或按“SCROLL-SYOP”或“REJECT”键停止（数据不存档）。

25.实验结束後，炉体与夹具会依据设定之“EndConditions”回复只状态，若有设定“GCAAutoFill”则之後会继续进行液氮自动填作业。

26.将试片取出，若有污染需予以清除。

27.若不再继续其他实验，又担心供电不稳的话，可以关掉DMA2980；否则持续开着也无妨，它不会干扰数据的分析，或其他热分析模组的操作。

28.关机步骤如下：

（1）按”STOP”键，以便储存Position校正值。

（2）等待5秒後，使驱动轴真正停止。

（3）关掉“HRATER”键，此时自然与电脑离线。

29.关闭其他周边配备。

30.进行排水（Compressor气压桶、空气滤清调压器、GCA）

31.结束实验结果的分析与报告印出後，可将电脑关闭。

关闭时将打开的视窗一一关掉後，再按“ShoutDown”结束，这才是正常结束程序。

附件四：

预约使用申请书

材料所高分子加工实验室DMA使用申请书

使用者姓名：

申请日期：

年月日

级别：

□UserA□UserB□无

操作方式：

□自行操作

□委托操作（操作者：

）

实验室：

指导教授签名：

样品成分（wt%ormol%）：

带动气体：

□Air□N2□O2□Argon□其他（）

测试目的：

预期可能产生的有害物质及有毒气体（请确实填写）：

□有□无□不确定产生气体（请列出）

使用DMA夹具种类：

高分子加工实验室提供-DMA实验夹具由高分子加工实验室负责教授签认

高分子加工实验室负责教授签名：

附件五：

贵仪中心委托检测单

大同大学贵重仪器中心

动态机械分析仪系统（DMA）委托检测单

委托操作序号：

________

委托者（使用者）姓名：

申请日期：

年月日

单位：

主管签章：

取件方式：

□自取□邮寄□e-mail

收件日期：

年月日

联络电话：

手机号码：

联络地址（就读系所）：

e-mailaddress：

使用仪器之目的（请详填）：

□期刊论文□研讨会论文□毕业论文□建教案□专题研究报告□专书

□专刊□其他

研究计划名称：

特性：

□有毒□空气不稳定□热不稳定□无以上性质

□薄片□块材□纤维□其他

带动气体：

□Air□N2□其他（）

测试夹具：

□双或单悬臂

□三点弯曲

□伸张薄膜用

□伸张薄膜用

□剪切三明治

□压缩

□穿刺

检测项目：

□DMA

简述材料成份：

检测条件：

样品数：

件

审查结果：

□不接受委托原因：

□可接受委托预定完成日期：

年月日

收费金额：

新台币元

仪器负责人：

联络电话

注意：

本报告所载事项仅作为参考资料，不得作为广告、出版品、商业推销或其他工商认证

请填写完动态机械分析仪系统（DMA）委托检测单，寄e-mail给黄雪芬老师

（首次申请请附名片）

贵仪中心负责老师：

黄雪芬老师

电话：

02-25925252-3478-10

E-mail：

sfhuang@ttu.edu.tw

附件六：

仪器校正步骤

附件七：

管理、服务人员职责

1.管理学生及老师资讯：

仪器管理老师

仪器管理学生

姓名

黄继远教授

曹耕毓

连络电话

02-25925252-3411-300

02-25925252-3411-101

Officehours

参考校园网路资讯

如下

连络信箱

------

g902013@

联络地址

台北市中山区德惠街7-1号300室

台北市中山区德惠街7-1号101室

Officehours

负责学生

周一

9：

30–12：

00

曹耕毓

周二

9：

30–12：

00

曹耕毓

周三

9：

00–10：

00

曹耕毓

周四

9：

30–12：

00

曹耕毓

周五

10：

00–17：

00

曹耕毓

紧急联络电话：

（曹耕毓0952782536）

2.设备维护：

a.设备校正：

管理学生应定期（每月1次）校正仪器，并将校正曲线（数据档）存放於电脑D：

\Data\cali资料夹内，并於记录簿填写校正纪录。

「校正步骤」（附件七）

b.备品及耗材的采购：

管理学生应保持有适量的备品及耗

材，以提供维护使用。

c.使用状况管理：

管理学生应定期（每星期1次）查看使用记录簿及仪器妥善状况。

d.使用登记整理：

管理学生应分类保管使用者申请单（特殊申请、一般首次申请及一般非首次申请）及使用记录簿。

e.电脑数据档管理：

管理学生应告知使用者将数据储存於电脑D：

\Data1\「各实验室」资料夹内，其余电脑位置将随时删除。

每年七月底发布公告，进行资料清除。

3.协助教学及操作资格考核：

管理学生应每年提供ㄧ梯次「仪器使用教学」及「仪器使用资格考核」（含A、B级使用资格）。

4.接受委托测试：

若有需要委托测试单位，可先向本校贵仪中心提出动态机械分析仪系统（DMA）申请表→委托测试（检核不通过：

退还试片及申请表；检核通过：

开始测试）→测试完成→输出数据→领取贵仪中心所开之缴费通知单并核对费用是否正确→缴费（电汇或现金）→领取数据及收据（测试费用以处理时间计费：

500元/hr（包含试片处理及数据处理））。

「贵仪中心委托检测单」（附件五）