如圖4的DLTMA測試曲線所示,上下包絡線(虛線)表示對于0.5N和1.0N應力的彎曲曲線。包絡線之差是對樣品彎曲模量彈性的量度。鋼刀片的彈性模量可假定不變,因而變化僅由環氧樹脂試樣產生。玻璃化轉變溫度Tg可計算為平均曲線(紅色)的起始點(101.49℃)或中點(104.66℃)。
圖4中的彎曲模量曲線也可以用來測定Tg,如圖中起始點所示,為103.64℃。由模量曲線可見,玻璃化轉變期間楊氏模量急劇下降。
三點彎曲模式的DLTMA,如同DMA一樣,也可準確測定高填充聚合物(如玻璃纖維或碳纖維增強環氧樹脂)的玻璃化轉變,測量要比DSC容易得多。
聚合物固化反應過程的DLTMA分析
環氧樹脂黏合劑
測試模式:三點彎曲;探頭:3mm圓點探頭。測試方法:在12s的周期內施加0.5N到1.0N的動態負載。升溫速率:5K/min。氣氛:靜態空氣。試樣制備:環氧樹脂粉末在兩片0.1mm厚的鋼板(16 mm長、5 mm寬的電動剃須刀片)間固化,涂層厚度0.5 mm,產生一個三明治結構,已固化的樣品放在彎曲夾具上,夾具支座間的距離為14 mm。

圖6. 環氧樹脂粉末涂料凝膠點的DLTMA測量曲線。
圖5的最上面為試樣的DLTMA曲線。綠色為模量曲線,可將起始點186.54℃作為固化反應的開始溫度。模量的增大表明樣品變得較硬,是交聯反應的結果。
紅色曲線為同步差熱SDTA曲線,該曲線與熱生成速率成正比,因而固化反應轉化率曲線可通過部分積分來計算。與模量曲線的比較表明,在觀察到顯著的力學行為的變化前,已有大約30%的試樣發生了反應。
環氧樹脂粉末涂料凝膠點的DLTMA測量
測試模式:針入;探頭:3mm圓點探頭。測試方法:在24s的周期內施加±0.05N的動態負載。等溫溫度:160℃。溫度達到160℃平衡后,打開爐體,將幾毫克的KU600環氧樹脂粉末涂料撒在樣品支架上,熔融的粉末探頭下形成一滴,立即關閉爐體開始測試。

圖7. EPDM后硫化反應的DLTMA曲線和楊氏模量曲線。
測試中探頭交替上下運動,符合BS 3900:J3、DIN 55990和ISO 8130標準。當試樣處于液態時,探頭向上運動到達上部機械停止點(約5.6mm處)。然后下壓進入樣品,在樣品支架上停頓(約0.1 mm處)。探頭自由運動直至樹脂凝膠化成為橡膠態,此時(反應時間約16min)DLTMA曲線的上包絡線急劇下降。可定義包絡線的起始點為凝膠時間(15.58min)。
從技術觀點來看,凝膠點是主要關注的參數,即在這一點環氧樹脂粉末涂料變得結構穩定。進一步反應,試樣變硬而且振幅變化非常小。
乙丙三元橡膠(EPDM)后硫化反應的DLTMA分析
測試模式:壓縮。探頭:3mm平探頭。測試方法:在12s的周期內施加0.1N到0.9N的動態負載。升溫速率:3K/min。1.3mm厚、底部面積11.7mm2的立方體試樣放入支架,試樣上面放一片石英圓片以使力均勻分布。

圖8. PET冷結晶的DLTMA測量。
圖7上半部表示試樣厚度與溫度的關系。周期性變化的力壓縮樣品至不同的程度,所以樣品厚度呈現周期性變化。彈性模量(楊氏模量)與樣品厚度的振幅成反比,相應的曲線表示在圖7的下半部。
DLTMA曲線呈現向下的趨勢直至約120℃。試樣被越來越壓縮,形狀不可逆變化。由于試樣原始的硫化度較低,所以振幅隨著溫度而稍有增大,即樣品變得較軟。在120℃至170℃之間,應變振幅顯著下降。由于持續的后固化交聯反應,尺寸穩定性和楊氏模量快速增大。在更高溫度,振幅幾乎保持不變,由于熱膨脹,模量略微呈現下降。
DLTMA可跟蹤后硫化過程中試樣的交聯。由于是動態力學調制方法,DLTMA對交聯度的變化反應非常靈敏。因此,相對于DMA儀器,它是一種既價格便宜又有效的分析技術。

圖9. 交聯PE的DLTMA曲線和SDTA曲線。
DLTMA的其他應用
聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)冷結晶的DLTMA分析
測試模式:壓縮。探頭:3mm平探頭。測試方法:在12s的周期內施加0.01N到0.19N的動態負載。升溫速率:10K/min。試樣為拉伸薄膜,厚度約2.5mm,放在直徑6mm、厚0.5mm的石英圓片上。振幅增加的起始點71.96℃為玻璃化轉變溫度。低的0.10N力平均值在70℃左右的玻璃化轉變處沒有產生可見的凹陷。相反由于取向膜的應力釋放,試樣輕微變厚。在玻璃化轉變溫度以上,試樣對周期性力的作用發生粘彈性響應。在95℃應變到達最大振幅。繼續加熱時,樣品由于冷結晶而發生約4.3%的收縮,振幅減小。在140℃,結晶過程結束,樣品又變硬。
DLTMA可測試PET相當特殊的熱機械性能。DSC雖然也能測量玻璃化轉變和冷結晶,但不能提供任何力學性能的信息。
交聯聚乙烯(PE)熔點的DLTMA分析
測試模式:壓縮。探頭:3mm圓點探頭。測試方法:在12s的周期內施加0.02N到0.50N的動態負載。升溫速率:10K/min。片狀試樣放在試樣支架上并覆蓋一片石英玻璃。

圖10. 硅橡膠、丙烯酸酯橡膠、氨基橡膠和瀝青膠的DLTMA曲線。
在熔點以下交聯聚乙烯和標準聚乙烯有許多相似性能,例如剛度。然而在熔點以上,標準PE發生流動,而交聯PE呈現類橡膠的行為。用DLTMA可很好地分析交聯PE。由圖9的DLTMA測試曲線可見,在130℃以上發生由于負載調制而產生的2.5%的彈性形變。同步差熱SDTA曲線表明,在135℃處有一個吸熱熔融峰。
不同彈性體密封材料的DLTMA分析
測試模式:壓縮。探頭:3mm平探頭。測試方法:在12s的周期內施加0.115N到0.15N的動態負載。升溫速率:10K/min。試樣:硅橡膠、丙烯酸酯橡膠、氨基橡膠和瀝青膠;厚度:約2.5mm。
根據使用目的,接頭處的彈性密封復合材料需要具有不同的熱性能和機械性能。DLTMA可測量小樣品的尺寸穩定性和彈性行為,以及測定溫度對性能的影響。圖10中的DLTMA曲線顯示了四種不同材料在加熱時的動態力學行為,四種材料都已經硫化而且已經使用兩個星期。玻璃化轉變由振幅增大來表征,丙烯酸酯橡膠、氨基橡膠和瀝青膠的玻璃化轉變溫度均在10℃左右。硅橡膠在-40℃由于熔融而軟化,在更高的溫度開始流動和發泡。