Language
Country/Area
No result found
貯蔵弾性率と損失弾性率: 動的機械解析の 2 つの重要な秘密は何ですか?
動的機械分析 (DMA) は、材料、特にポリマーの粘弾性挙動を研究し、特性を評価する手法です。この解析方法では、正弦波応力を加えて材料の歪みを測定し、材料の複素弾性率を決定します。サンプルの温度や応力の周波数を変えることで、複素弾性率の変化を観察することができ、研究者は材料のガラス転移温度を見つけ、分子運動に対応する他の転移を特定することができます。
粘弾性材料の特性
長い分子鎖で構成されるポリマーは、弾性固体とニュートン流体の特徴を組み合わせた独特の粘弾性特性を備えています。従来の弾性理論は、小さな変形では応力とひずみが比例し、応力に対するこの応答がひずみ速度に依存しない弾性固体の機械的特性を説明します。流体のレオロジー理論は、応力に対する応答がひずみ速度に依存する粘性流体の特性を説明します。ポリマーは固体と液体の両方の挙動の特性を備えているため、これらの挙動はスプリングとダンパーの組み合わせによって機械的にモデル化することができ、アスファルトなどの粘弾性材料は弾性挙動と粘性挙動の両方を示すことができます。
ポリマーの動的弾性率
DMA は、材料に正弦波の力 (応力 σ) を加え、その結果生じる変位 (ひずみ) を測定することで、ポリマーの粘弾性特性を研究します。完全に弾性のある固体の場合、結果として生じるひずみと応力は正確に同位相になります。一方、純粋に粘性のある流体の場合、ひずみは応力に対して 90 度遅れます。ポリマーの粘弾性特性はこれら 2 つの特性の中間の特性を示すため、DMA テストでは一定の位相遅延が発生します。
貯蔵弾性率は貯蔵されたエネルギーの尺度であり、弾性部分を表します。一方、損失弾性率は熱に変換されたエネルギーの尺度であり、粘性部分を表します。
動的弾性係数の導出
ひずみ測定を行う際、応力とひずみの関係は、応力σ(t)とひずみε(t)として表され、時間とともに変化します。状況は次のように表現できます:
これらの数式は、複素弾性率、貯蔵弾性率、損失弾性率の変化に時間的なランダム性とひずみの位相差を導入します。最終的に、この表現は科学者がさまざまなストレスや温度下での材料の性能を理解するのに役立ち、多くの産業用途にデータサポートを提供します。
アプリケーション
ガラス転移温度の測定
DMA の重要な用途は、ポリマーのガラス転移温度の測定です。非晶質ポリマーにはさまざまなガラス転移温度があり、その温度を超えると材料はガラス状ではなくゴム状の性質を示し、剛性と粘度が大幅に低下します。ガラス転移点では、貯蔵弾性率は大幅に低下し、損失弾性率は最大に達します。温度スイープを伴う DMA は、材料のガラス転移温度を特徴付けるためによく使用されます。
ポリマー組成
モノマーと架橋成分を変更すると、ポリマーの機能性が増加または変化する可能性があり、DMA で得られる結果に影響します。たとえば、エチレンプロピレンジエンモノマー (EPDM) とスチレンブタジエンゴム (SBR) を混合すると、異なる架橋または硬化システムによって異なる物理的特性が現れます。 DMA はポリマーの混合特性を評価するための効果的な方法であり、それによって材料の性能を最適化するのに役立ちます。
楽器とその種類
DMA 装置は、変位センサー、温度制御システム、駆動モーター、およびサンプル固定具で構成されています。サンプルの準備と取り扱いは、測定対象によって異なります。 DMA アナライザーには、強制共鳴アナライザーと自由共鳴アナライザーの 2 つの主なタイプがあります。強制共振分析装置の方が一般的に使用されています。これらの機器はサンプルを特定の周波数で強制的に振動させ、温度スイープを実行するのに適しています。
これらの技術は、産業や研究の分野で幅広く応用されています。材料の特性と性能を理解する過程で、これらの動的機械分析技術の応用によってどのような他の潜在的な分野が恩恵を受けることができるかについて考えたことはありますか?
