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TA DMA-Q800 三點彎曲(3-Point Bend)是測試高模量材料(如復(fù)合材料、工程塑料、陶瓷)動態(tài)力學(xué)性能的最純凈彎曲模式,適合測儲能模量 E'、損耗模量 E''、損耗因子 tanδ 與玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 Tg。下面從樣品要求、制備、裝樣、測試參數(shù)、數(shù)據(jù)解讀與注意事項完整說明。
一、三點彎曲適用場景與優(yōu)勢
適用材料:高模量材料(E > 1 GPa),如碳纖維 / 玻璃纖維復(fù)合材料、環(huán)氧、酚醛、硬質(zhì)塑料、陶瓷、PCB 基板。
優(yōu)勢:無夾持應(yīng)力、變形均勻、模量計算更準(zhǔn)確;適合大尺寸、高剛性樣品。
不適合:極軟材料(如橡膠、凝膠)、薄膜(優(yōu)先拉伸 / 雙懸臂)。
二、樣品尺寸與規(guī)格(DMA-Q800 三點彎曲夾具)
1. 推薦尺寸(通用)
長度 L:40–50 mm(夾具 50 mm)
寬度 W:5–10 mm(≤15 mm)
厚度 t:1–3 mm(≤5 mm)
長寬厚比:L/t > 10(保證純彎曲、減少剪切影響)
2. 跨距設(shè)置(關(guān)鍵)
跨距 S:35–45 mm(通常 S = 40 mm 或 45 mm)
跨距與厚度比:S/t ≥ 15(推薦 20 以上)
3. 樣品質(zhì)量要求
形狀:規(guī)整長方體,無毛刺、無缺口、無分層、無氣泡。
表面:平整光滑,邊緣倒角(避免應(yīng)力集中)。
尺寸精度:長度 / 寬度 / 厚度誤差 ≤ ±0.02 mm(用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量)。
平行度:上下表面、兩側(cè)面平行,厚度均勻。
三、樣品制備步驟
切割:用精密切割機(金剛石刀片 / 水刀)切成長方體;復(fù)合材料沿纖維方向切割。
打磨 / 拋光:用砂紙(800–2000 目)打磨表面與邊緣,去除切割毛刺;必要時拋光。
清洗:乙醇 / 丙酮超聲清洗,去除油污與碎屑;室溫干燥。
測量:精確測量 L、W、t(每樣測 3 點取平均),記錄到軟件。
預(yù)處理:必要時退火 / 除應(yīng)力;吸濕材料需烘干(如 80℃ 真空干燥 4 h)。
四、DMA-Q800 三點彎曲裝樣操作
夾具安裝
安裝三點彎曲底座與兩個支撐輥(V 型朝上)。
調(diào)整跨距 S(如 40 mm),鎖緊固定。
安裝上壓頭(V 型朝下),居中。
裝樣
樣品水平放在兩支撐輥上,居中、無傾斜。
緩慢降下上壓頭,輕觸樣品表面(預(yù)緊力 0.005–0.01 N,不產(chǎn)生明顯彎曲)。
檢查:樣品不晃動、不與夾具側(cè)壁接觸、壓頭居中。
溫度傳感器
用 1.27 mm 內(nèi)六角松開傳感器固定螺絲。
傳感器靠近樣品(1–2 mm),不接觸、不遮擋光路;鎖緊。
軟件設(shè)置
模式:3-Point Bend。
輸入樣品尺寸 L、W、t 與跨距 S。
力 / 位移控制:通常用應(yīng)變控制(0.05–0.2%) 或動態(tài)力控制。
五、典型測試參數(shù)(通用推薦)
溫度范圍:-150℃ 至 600℃(依材料 Tg / 使用溫度定)。
升溫速率:3–5℃/min(平衡精度與效率;過快易熱滯后)。
測試頻率:1 Hz(通用;多頻 0.1–10 Hz 做 TTS)。
動態(tài)應(yīng)變 / 振幅:0.05–0.2%(線性黏彈區(qū),不產(chǎn)生不可逆變形)。
靜態(tài)力 / 預(yù)載:動態(tài)力的 110–120%(保證樣品始終受壓)。
氣氛:氮氣(N?,50–100 mL/min),防高溫氧化。
平衡時間:每步溫度平衡 3–5 min。
六、數(shù)據(jù)解讀(三點彎曲核心輸出)
儲能模量 E':剛度指標(biāo);隨溫度升高逐漸下降,Tg 處顯著下降。
損耗模量 E'':能量耗散;Tg 附近出現(xiàn)峰值。
損耗因子 tanδ = E''/E':阻尼 / 內(nèi)耗;峰值對應(yīng) 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 Tg。
模量計算(三點彎曲)
E′=4?W?t3?d0S3?F0
式中:S = 跨距,W = 寬度,t = 厚度,F(xiàn)?= 動態(tài)力振幅,d?= 動態(tài)位移振幅。
七、關(guān)鍵注意事項(避免誤差)
基線校準(zhǔn):測試前必須做空白夾具基線(無樣品,同參數(shù)運行),扣除系統(tǒng)誤差。
樣品居中:壓頭與支撐輥必須嚴(yán)格對中,否則產(chǎn)生剪切與彎矩誤差。
預(yù)緊力控制:預(yù)緊力過大導(dǎo)致初始彎曲、模量偏高;過小導(dǎo)致信號不穩(wěn)。
跨距與厚度比:S/t 太小引入剪切變形,模量偏低;保證 S/t ≥ 15。
樣品均勻性:厚度不均、表面粗糙會導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動、重復(fù)性差。
溫度傳感器:必須靠近樣品但不接觸,否則溫度不準(zhǔn)、信號干擾。
平行樣:每組至少 3 個平行樣,取平均值與標(biāo)準(zhǔn)差。
八、常見問題與解決
模量偏低 / 波動大:檢查樣品居中、跨距設(shè)置、厚度均勻性、基線校準(zhǔn)。
tanδ 峰不明顯:提高升溫速率(如 5℃/min)、增大應(yīng)變(不超線性區(qū))、延長平衡時間。
高溫氧化 / 降解:改用氮氣氣氛、降低溫度、縮短測試時間。
樣品斷裂:減小應(yīng)變振幅、降低升溫速率、檢查樣品缺陷。
九、標(biāo)準(zhǔn)參考
ASTM D4065、D5279、D7028
ISO 6721
GB/T 2038、GB/T 1449(復(fù)合材料彎曲)


