動態熱機械分析又稱動態力學熱分析（Dynamic Mechanical Thermal Analysis，DMTA），是一種在程序控制溫度和一定的振蕩性荷載下測量試樣的形變與溫度或時間關系的技術。按振動模式，其可分為自由衰減振動法、強迫共振法、非強迫共振法、聲波傳播法；按形變模式，可分為拉伸、壓縮、扭轉、剪切、彎曲。

當對材料施加正弦交變應力時，理想彈性材料的應變會同步響應，即應變與應力無相位差（相位差δ=0）——應力最大時應變也最大，應力為零時應變也為零。而實際材料（非理想彈性，兼具彈性與黏性）的應變會滯后于應力，出現相位差（δ＞0），這種滯后現象被稱為力學損耗。DMA的核心就是通過精密控制動態荷載，實時測量應變的振幅與相位差，再結合應力振幅，計算出材料的動態力學參數。

通過DMA測試，可得到兩個關鍵的動態力學參數，分別對應材料的彈性與損耗特性：

• 儲能模量（E'）：指材料在形變過程中由于彈性變形而儲存的能量，是材料變形后回復的指標，表示材料存儲變形能量的能力——E'越大，材料越硬、彈性越好，在動態荷載下能儲存更多能量并釋放；

• 損耗模量（E''）：又稱黏性模量，指材料在發生形變時，由于黏性形變（不可逆）而損耗的能量大小，反映材料的黏性大小——E''越大，材料消耗能量越多；

• 損耗因子（tanδ）：是在每個周期內損耗模量與儲能模量的比值，又稱阻尼因子、損耗角正切或內耗因子。

損耗因子可以用來反映材料黏性彈性的比例：

（1）當E'遠大于E''時，材料主要發生彈性形變，因此材料呈固態；

（2）當E''遠大于E'時，材料主要發生黏性形變，因此材料呈液態；

（3）當E'和E''相當時，材料呈半固態，例如凝膠狀態。

與TMA相似，動態熱機械分析儀器的結構形式主要有上加載樣品式和下加載樣品式兩種。DMA儀器主要有儀器主機（主要包括程序溫度控制系統、爐體、支持器組件、荷載控制系統、氣氛控制系統、樣品溫度測量系統、形變測量系統等部分）、儀器輔助設備、儀器控制和數據采集及處理各部分組成。

圖1  上加載樣品式的DMA儀的結構框圖

為了實現較大的載荷變化范圍，DMA儀的夾具的材質通常為合金，因此該類儀器的最高工作溫度一般不超過600℃。在大多數DMA測試中，通常采用1Hz的固定頻率進行實驗。

1.汽車工業領域

汽車減震系統（如懸掛減震器、發動機減震墊）的核心是橡膠材料，其動態阻尼特性（tanδ）直接影響減震效果：tanδ過大，橡膠過硬，減震效果差；tanδ過小，橡膠過軟，易發生變形。利用DMA的壓縮模式能夠測試不同橡膠樣品，篩選動態阻尼特性優異的減震橡膠。

2.電子電器領域

電子元件（如芯片、電容）的引線（通常為銅線或合金線）在溫度循環中會反復熱脹冷縮，承受動態拉伸/壓縮應力，易發生疲勞斷裂。DMA的拉伸模式能夠測試引線材料在不同溫度下的拉伸儲能模量和損耗因子，從而通過數據預測引線在溫度循環中的動態應力分布，優化引線的材料選型。

3.建筑與建材領域

隔音材料（如室內隔音棉）的隔音效果與動態力學性能相關：損耗模量越大，材料吸收聲波能量的能力越強，隔音效果越好。用DMA的壓縮模式可以測試隔音材料在聲波頻率和使用溫度下的E''，根據隔音需求選擇合適的材料。

4.科研領域

高分子共混材料（如PP/PE共混塑料）的相分離程度會影響動態力學性能，若相分離嚴重，會出現兩個tanδ峰（分別對應兩種組分的T_g）；若相容性好，會出現一個寬tanδ峰（T_g介于兩者之間）。用DMA能夠測試共混材料的tanδ-溫度曲線，通過峰的數量和位置，判斷材料的相容性，為優化共混工藝提供依據。

_{下圖為聚碳酸酯和橡膠（聚丁二烯）增韌的丙烯腈-苯乙烯共聚物的相對復雜的復雜共混物的DMA數據，可以看出對應于各相的Tg峰。最高的峰值溫度所對應的峰是聚碳酸酯的Tg過程，120℃的峰是丙烯腈-苯乙烯共聚物的Tg過程，而低溫的峰則對應于聚丁二烯增韌橡膠相的Tg過程。}

圖2 聚碳酸酯與ABS的不相容共聚物

（注：圖1和圖2引用自《熱分析基礎》/丁延偉編著.—合肥：中國科技大學出版社，2020.3）