動態機械熱分析（Dynamic Mechanical Thermal Analysis，簡稱DMTA）是一種通過施加交變應力并測量材料應變響應，研究材料動態力學性能隨溫度變化的技術。它能夠提供材料的儲能模量（G'）、損耗模量（G''）和損耗因子（tanδ）等關鍵流變參數，還能確認材料的特征相變，如玻璃化轉變、熔融和結晶等。除此之外，DMTA還可用來確定固體材料與重要應用有關的機械性能，如剛度、脆性、阻尼或抗沖擊性，廣泛應用于材料科學和工程領域。

Thermo Scientific^™ HAAKE^™ MARS^™ 流變儀可以配置專門用于材料DMTA測試的固體夾持工具，符合DIN/ISO 6721-1標準。該夾持工具適用于矩形或圓棒狀樣品，能夠在較寬的溫度范圍內(-150~600℃)一次性完成所有測量，同時確保樣品夾持力始終保持恒定。

測試儀器

Thermo Scientific^™ HAAKE^™ MARS^™流變儀、輻射對流爐溫控、DMTA固體夾持工具

圖1為用于測試碳纖維增強復合材料試樣的固體夾持工具。圖2為該碳纖維增強樣品的兩次DMTA測試結果，兩次測試曲線幾乎完全重合，表明測試結果具有良好的再現性。數據顯示，材料在室溫下表現出高剛度，儲能模量（G'）大于3×10^? Pa。損耗模量（G''）曲線出現了三個峰值，對應三個轉變溫度。其中，99°C和115°C處的兩個峰值表明在該溫度范圍內存在兩種不同組分的玻璃化轉變溫度。

圖1：測試矩形樣條的固體夾持工具

圖2：碳纖維增強復合材料：儲存模量G'（紅色）、損耗模量G"（藍色）和tan（^δ）（綠色）與溫度變化的關系。玻璃化轉變溫度Tg用黑線表示（點擊查看大圖）

圖3顯示了玻璃纖維增強聚苯硫醚（PPS）材料的DMTA測試結果。損耗模量（G''）曲線在101°C處出現峰值，表明該溫度為材料的玻璃化轉變溫度（Tg）。當溫度超過玻璃化轉變溫度后，材料從玻璃態轉變為橡膠態，其模量隨溫度升高逐漸下降，但變化幅度較小，表現出典型的橡膠彈性行為。這一結果清晰地反映了材料在玻璃化轉變溫度附近的動態力學性能變化。

圖3：玻璃纖維增強PPS試樣: 儲存模量G'（紅色）、損耗模量G"（藍色）和tan（^δ）（綠色）與溫度變化的關系。玻璃化轉變溫度Tg用黑線表示（點擊查看大圖）

總結

HAAKE MARS流變儀憑借著輻射對流爐溫控和固體夾持工具， 可將檢測范圍擴展到動態機械熱分析（DMTA）領域。結合經典的流變裝置（如帕爾貼溫控、錐板幾何結構），HAAKE MARS流變儀是檢測聚合物復合材料及其液基材料的經濟且優選的解決方案。