熱分析-DMA 動態熱機械分析儀DMA的多種夾具及模數(Modulus)差異與應用

動態熱機械分析儀DMA (Dynamic Mechanical Analyzer)測試方法可依據想測的材料特性改變施力(大小、方向、方式)、頻率、溫度等。而如何針對產品備製正確的試片尺寸及合適的夾具模式則相當重要！本文章將探討以NEXTA DMA 200測試同一材料(矽橡膠)，並分析不同模式下所求得的模數。說明在同樣材料、不同夾具施力的情況下，而產生各樣的特性。

動態熱機械分析儀的夾具應用

(圖片來源-https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%89%AA%E5%88%87%E6%A8%A1%E9%87%8F)

如上圖所示，白色表示夾具，而深色則表示試片形狀，可以看到中間探針(Probe)的運動方向皆為相同方向上下運動，而差異主要來自於樣品擺放方向不同。其中壓縮模式(Compression mode)，以向下壓縮的方式來模擬樣品運動。而拉伸模式(Tension mode)以向上拉伸的方式來模擬樣品運動。剪切模式(Shear mode)則是以樣品側邊截面積來模擬運動。所以我們可以透過產品實際應用時的運動方向，來選擇合適的測試夾具，並備製符合夾具的樣品尺寸，這樣分析求得的結果才相對有意義。

	Compression壓縮以防震矽膠墊片為例，墊片通常放置於產品的底部作為減震緩衝用，而產品重量則會造成墊片的擠壓，此時便可利用Compression mode來分析墊片的儲存模數、損失模數、阻尼參數來作為品質的依據。此種模式所得的模數屬於Compression Modulus，測試DMA時可以測得儲存模數、損失模數、阻尼，通常用E’或 E”來代表。
	Tension拉伸以矽膠拉力帶為例，在使用拉力帶時通常會以拉伸延展的方式運動，而拉力帶則會因受力而變長，此時便可利用Tension mode來分析產品的儲存模數、損失模數、阻尼等參數來作為品質的依據。這種模式測試所得的模數屬於Tensile Modulus，測試DMA時可以測得儲存模數、損失模數、阻尼，通常用E’或 E”來代表。
	Shear剪切側向施力像對應大部分的產品，簡單的說，剪切模數越大，則表示越能夠抵抗剪切應變的能力，通常作為計算蒲松比的參數之一。這種模式所得模數是Shear Modulus剪切模數，測試DMA時可以測得儲存模數、損失模數、阻尼，通常用G’或G”來代表。

此外，彎曲模式所得的模數是Bending Modulus，其中夾具設計更貼近實用還有3 point Bending、4point Bending、Cantilever數種夾具。測試DMA時都可以測得儲存模數(Storage modulus)、損失模數(Loss Modulus)、阻尼(tanδ)，通常以E’或E”來代表。

雖然都是彎曲夾具、拉伸夾具以及壓縮夾具，三種夾具都是測試得到儲存模數Storage Modulus E’、損失模數Loss Modulus E” , 但因為施力方向、方式、取得材料特性不同，所以三種夾具所得E’或E” 不同皆為正常的材料特性，當然E’或E”與剪切模數G’或G”不同就更為合理。但通常都稱為儲存模數及損失模數，很容易誤以為同一種材料各種夾具的E’及E”數據都需要相同，其實大部分狀況下所有夾具的E’或E”都是不同的。

總結來說，不同夾具所求得的模數是不能互相作比較的，產品應用決定了測試夾具的選擇，而試片則需要符合夾具的尺寸規範。因試片備製問題而挑選了符合尺寸的夾具，但施力方向改變並不具意義。

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