Chương 6: Giới thiệu một số phương pháp hóa lý nghiên cức polymer
6.2. 3 Phân tích cơ – nhiệt động: DMTA.
Phương pháp phân tích cơ nhiệt động lực học (Dynamic Mechanical Thermal Analysis – DMTA) là một kỹ thuật và cũng là một dụng cụ cho phép kiểm tra ứng xử của các vật liệu đàn - nhớt theo nhiệt độ và tần số phụ thuộc. Một biến dạng nhỏ xuất hiện trong vật liệu khi áp đặt lên vật liệu một ứng suất. Kết quả biến dạng do ứng suất tác động phản ánh những thông tin về module của vật liệu, độ cứng và các đặc tính “thấm ướt” (damping) của nó. Các tính chất này có thể liên quan đến tiêu chuẩn sử dụng cuối cùng của vật liệu cần thiết cho việc quản lý chất lượng, phát triển sản phẩm, giải quyết vấn đề và nghiên cứu ứng dụng.
DMTA xem xét các vật liệu mà có sự kết hợp của cả hai cách ứng xử đàn hồi và chảy nhớt hay gọi là các vật liệu đàn nhớt. Trong ứng xử đàn nhớt, một ứng suất hay biến dạng áp đặt vào sẽ tạo ra một đáp ứng hơi trễ gây ra do các thành phần nhớt của vật liệu, bản chất giống chất lỏng của nó, và lại thêm vật liệu có bản chất giống chất rắn, do đó cũng có một đáp ứng đàn hồi. DMTA tách hai đáp ứng trên thành các giá trị module riêng biệt: Module tồn trữ hay module đàn hồi (ký hiệu E’) và Module tổn hao (ký hiệu E’’).
Module tồn trữ E’ đại diện cho các thành phần đàn hồi của ứng xử đàn nhớt
đồng pha với độ biến dạng được áp đặt vào (τ = τo cosδ)
Module tổn hao E” đại diện cho các thành phần nhớt, lại lệch pha với các tín
Toàn bộ chậm trễ của hệ thống từ tín hiệu đầu vào là một góc pha (δ). Tang của góc pha (tan delta) là tỷ số của module tổn hao trên module tồn trữ (tangδ = E’’/E’) và là giá trị chỉ ra khả năng tổn hao năng lượng tương đối của vật liệu. Tan delta thường được gọi là Tang tổn hao.
Bất kỳ một đỉnh nào trong tan delta (đặc biệt là thể hiện rõ trong vùng nhiệt độ nghiên cứu) tương ứng với một vùng mà tính chất vật liệu thay đổi rất nhanh, thì tức là vật liệu đang trải qua một quá trình chuyển tiếp. Trong nghiên cứu tần số phụ thuộc, một đỉnh trong tan delta cho thấy rằng vật liệu làm tiêu tán ứng suất đầu vào rất tốt ở tần số đó.
DMTA kiểm tra vật liệu trong một vùng mà đáp ứng đàn nhớt là tuyến tính. Nói một cách khác, nơi mà tỷ số của ứng suất trên biến dạng là một hằng số của module, E hoặc G. Module phải độc lập với biến dạng điều khiển. Nếu không, vật liệu sẽ bắt đầu biến dạng dẻo, điều này cho thấy rằng một biến dạng tới hạn đã đạt được. Qua vùng biến dạng tới hạn này, vật liệu sẽ bị thay đổi tính chất và phương trình được sử dụng để đánh giá sự đáp ứng không còn áp dụng được nữa.
Việc xác định vùng đàn nhớt tuyến tính là mục đích của cuộc kiểm tra. Nói chung, cần thiết phải tạo ra đường cong biến dạng trên các vật liệu chưa biết để xác định biến dạng tới hạn. Vẽ đồ thị ứng suất đối với biến dạng và tìm độ lệch từ đường thẳng tuyến tính hoặc vẽ đồ thị module tồn trữ tương ứng với biến dạng.