聚合物材料的动态力学分析

聚合物材料的动态力学分聚合物材料的动态力学分析析相关概念相关概念一、应变：材料在外力作用下产生相应的响应。一、应变：材料在外力作用下产生相应的响应。1.理想的弹性固体服从虎克定律：理想的弹性固体服从虎克定律：=E 应力应力正比于应变正比于应变，E为弹性模量。应力恒定时，应变是为弹性模量。应力恒定时，应变是一个常数，撤掉外力后，应变立即回复到一个常数，撤掉外力后，应变立即回复到0。v外力对体系做的功全部以位能形式储存起来去除外力，储存能外力对体系做的功全部以位能形式储存起来去除外力，储存能量全部释放。量全部释放。2.理想的粘性液体服从牛顿定律：理想的粘性液体服从牛顿定律：=-剪切应力，剪切应力，-剪切粘度，剪切粘度，-应变速率应变速率 应力正比于应变速率，在恒定的外力作用下，应变的数值应力正比于应变速率，在恒定的外力作用下，应变的数值随时间延续而线性增加，撤掉外力后，应变不再回复，即产生随时间延续而线性增加，撤掉外力后，应变不再回复，即产生永久形变。永久形变。v外力做的功全部以热能形式消耗掉。外力做的功全部以热能形式消耗掉。v这是两种极端情况，实际物体的力学行为大都偏离这两个定律。这是两种极端情况，实际物体的力学行为大都偏离这两个定律。3.高聚物宏高聚物宏观的力学响的力学响应是分子运是分子运动的反映，由于高分子的反映，由于高分子链具具有多重运有多重运动单元和多种运元和多种运动模式，因此模式，因此强强烈地依烈地依赖于温度和于温度和外力作用的外力作用的时间。在外力作用下，。在外力作用下，其其应变行行为可同可同时兼有兼有弹性材料和粘性材料的特征性材料和粘性材料的特征：应力的大小既依力的大小既依赖于于应变又依又依赖于于应变速率，速率，应变既包含不可回复的永久形既包含不可回复的永久形变，又包含可回，又包含可回复的复的弹性形性形变，也即外力做功一部分以位能形式，也即外力做功一部分以位能形式储存存弹性，另一部分以性，另一部分以热能形式消耗掉能形式消耗掉粘性。粘性。二、粘二、粘弹性：性：这种种兼具粘性和兼具粘性和弹性性的性的性质称称为粘粘弹性性，这是高是高聚物最重要的物理特性。聚物最重要的物理特性。vv粘粘粘粘弹弹性材料性材料性材料性材料的力学行的力学行为既不服从虎克定律，也不服从牛既不服从虎克定律，也不服从牛顿定定律，而是介于二者之律，而是介于二者之间，应力同力同时依依赖于于应变与与应变速率，速率，应变与与时间有关。有关。v聚合物材料是界于理想弹性体和理想粘性体之间的一种典型聚合物材料是界于理想弹性体和理想粘性体之间的一种典型的的粘粘弹体体，这种粘弹性表现在聚合物的一切力学行为上。，这种粘弹性表现在聚合物的一切力学行为上。三、三、松弛松弛：材料在外部变量的作用下，其性质随时间的变化叫材料在外部变量的作用下，其性质随时间的变化叫做做松弛松弛。四、力学松弛：高聚物在力的作用下力学性四、力学松弛：高聚物在力的作用下力学性质随随时间而而变化的化的现象称象称为力学松弛力学松弛。v力的作用方式不同，力学松弛的表力的作用方式不同，力学松弛的表现形式不同。形式不同。1.静静态粘粘弹性性：在恒定：在恒定应力或恒定力或恒定应变作用下的力学松弛。最作用下的力学松弛。最基本的表基本的表现形式：形式：蠕蠕变现象象和和应力松弛力松弛。2.动态粘粘弹性性：在交：在交变应力作用下的力学松弛。最基本的表力作用下的力学松弛。最基本的表现形式：形式：滞后滞后现象象和和力学力学损耗耗。五、内耗：五、内耗：松弛松弛松弛松弛过过程引起能量消耗，即程引起能量消耗，即程引起能量消耗，即程引起能量消耗，即内耗内耗。研究内耗可以研究内耗可以查知松弛知松弛过程，并揭示松弛的程，并揭示松弛的动态过程和程和微微观机制，从而得到材料的机制，从而得到材料的组织成分和内部成分和内部结构。构。六、力学参数：六、力学参数：v应力力v应变v模量模量Ev 柔量柔量G G动态力学分析的基本原理动态力学分析的基本原理一、动态力学分析：动态力学分析：研究材料在交变外力下的响应，它所测量研究材料在交变外力下的响应，它所测量的是材料的粘弹性即动态模量和力学损耗的是材料的粘弹性即动态模量和力学损耗(即内耗即内耗)，测量方，测量方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转等，可得到保持频率不式有拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转等，可得到保持频率不变的动态力学温度谱和保持温度不变的动态力学频率谱。变的动态力学温度谱和保持温度不变的动态力学频率谱。v聚合物材料具有粘弹性，其力学性能受时间、频率、温度影聚合物材料具有粘弹性，其力学性能受时间、频率、温度影响很大。无论实际应用还是基础研究，动态热力分析均已成响很大。无论实际应用还是基础研究，动态热力分析均已成为研究聚合物材料性能的最重要的方法之一：为研究聚合物材料性能的最重要的方法之一：1.1.可以给出宽广温度、频率范围的力学性能，可以给出宽广温度、频率范围的力学性能，用于评价材料用于评价材料总的力学行为。总的力学行为。2.检测聚合物的玻璃化转变及次级松弛过程，这些过程均与聚检测聚合物的玻璃化转变及次级松弛过程，这些过程均与聚合物的链结构和聚集态结构密切相关。当聚合物的化学组成、合物的链结构和聚集态结构密切相关。当聚合物的化学组成、支化和交联、结晶和取向等结构因素发生变化时，均会在动态支化和交联、结晶和取向等结构因素发生变化时，均会在动态力学谱图上体现出来，这使得动态热力分析成为一种力学谱图上体现出来，这使得动态热力分析成为一种研究聚合研究聚合物分子链运动以及结构与性能关系的重要手段物分子链运动以及结构与性能关系的重要手段。用动态力学方法研究聚合物的力学性能，已证明是非常有用动态力学方法研究聚合物的力学性能，已证明是非常有效的测试方法。把测到的材料动态模量、损耗模量、阻尼特性效的测试方法。把测到的材料动态模量、损耗模量、阻尼特性（内耗）与材料的宏观性能如疲劳寿命、韧性、冲击弹性、撕（内耗）与材料的宏观性能如疲劳寿命、韧性、冲击弹性、撕裂性能、耐热性、耐寒性、耐老化性能和阻尼特性联系起来，裂性能、耐热性、耐寒性、耐老化性能和阻尼特性联系起来，而且还与材料的微观结构变化和分子运动如相对分子质量大小、而且还与材料的微观结构变化和分子运动如相对分子质量大小、分子取向、结晶度大小、交联和共聚、共混等，结构参数的变分子取向、结晶度大小、交联和共聚、共混等，结构参数的变化与动态力学性质的关系，以及环境变量包括温度、频率、时化与动态力学性质的关系，以及环境变量包括温度、频率、时间、形变类型、气氛、温度等变化与动态性质的关系联系起来。间、形变类型、气氛、温度等变化与动态性质的关系联系起来。二、材料在交二、材料在交变外力作用下外力作用下应力与力与应变的关系：的关系：如果如果对高聚物高聚物试样施加一个正弦交施加一个正弦交变应力力(t)=0sint式中，式中，0为应力振幅，力振幅，为外力外力变化的角化的角频率，率，t是是观测时间。1.对于于理想理想弹性材料性材料，应变响响应可表示可表示为：(t)=sint2.对于于理想粘性液体理想粘性液体，应变响响应可表示可表示为：(t)=sin(t-90o)v表明理想粘性液体的表明理想粘性液体的应变变化比化比应力的力的变化滞后化滞后/2相位。相位。3.聚合物是聚合物是粘弹性材料粘弹性材料，采用正弦性的交变外力研究其粘弹性，采用正弦性的交变外力研究其粘弹性，使试样产生的应力和应变也以正弦方式随时间变化。使试样产生的应力和应变也以正弦方式随时间变化。v这种周期性的外力引起试样周期性的形变：一部分所做的功这种周期性的外力引起试样周期性的形变：一部分所做的功以位能形式贮存在试样中，没有损耗以位能形式贮存在试样中，没有损耗试样分子结构中弹试样分子结构中弹性部分形变后能瞬间恢复性部分形变后能瞬间恢复；另一部分所做的功，形变时以热；另一部分所做的功，形变时以热的形式消耗掉的形式消耗掉试样分子结构中粘性部分形变时造成分子试样分子结构中粘性部分形变时造成分子间的内摩擦使材料生热间的内摩擦使材料生热。v粘粘弹性材料的力学响性材料的力学响应在在弹性材料和粘性材料之性材料和粘性材料之间，应变的的变化要落后于化要落后于应力的力的变化一个相位角化一个相位角，值在在0到到90o之之间。v应变始终落后应力一个相位：滞后现象产生的分子运动机理应变始终落后应力一个相位：滞后现象产生的分子运动机理是由于高聚物分子链的链段运动时受到分子内和分子间相互是由于高聚物分子链的链段运动时受到分子内和分子间相互作用的内摩擦阻力和无规热运动影响，使链段运动跟不上外作用的内摩擦阻力和无规热运动影响，使链段运动跟不上外力的变化，所以应变滞后于应力。内摩擦阻力越大，链段运力的变化，所以应变滞后于应力。内摩擦阻力越大，链段运动越困难，应变越跟不上应力的变化，滞后相位角动越困难，应变越跟不上应力的变化，滞后相位角越大。越大。0o90o拉伸粘弹性材料交变应力和应变随时间变化的关系可表示为：拉伸粘弹性材料交变应力和应变随时间变化的关系可表示为：=0sint （1）=0sin(t+)（2）式中：式中：应变随随时间变化；化；0 周期周期变化化应变最大最大值；应力随力随时间变化；化；0 周期周期变化化应力最大力最大值；角角频率；率；t 相位角；相位角；应力和力和应变相位角的差相位角的差值。公式（公式（1）和（）和（2）说明先确定明先确定应变的相位的相位为t 时，应力力变化要化要比比应变领先一个相位差先一个相位差，才，才满足聚合物足聚合物应变落后落后应力一个相力一个相位差的位差的结果。果。将公式（将公式（2）展开：）展开：=0sint cos+0cost sin （3）由上式可由上式可见，应力可分成两部分：力可分成两部分：一部分与一部分与应变同相位同相位，为0sint cos，用于，用于弹性形性形变；另一部分与另一部分与应变的相位差的相位差90o，为0cost sin，用于克服内摩擦力。，用于克服内摩擦力。v其中：其中：E与与应变同相的模量，同相的模量，实模量，表示在力方向上模量，表示在力方向上产生的生的应变可将外力做的功可将外力做的功转变为能量在能量在试样中中储存存起来，起来，这是使是使弹性形性形变可回复的可回复的弹性性储能，又称能，又称储能能模量，反映模量，反映储能大小能大小E与与应变异相的模量，虚模量，表示在异相的模量，虚模量，表示在应变过程程中克服内摩擦阻力中克服内摩擦阻力转变为热能所能所损耗的能量，称耗的能量，称为损耗模量，反映耗能大小耗模量，反映耗能大小=0sint cos+0cost sin （3）公式（公式（3）两）两边同除以同除以0，整理，整理为：=0Esint+0 Ecost （4）（5）（6）tan力学力学损耗正切角或耗能因子，也称阻尼耗正切角或耗能因子，也称阻尼上述拉伸表达式在动态力学实验中，常用复数形式表示，如图：上述拉伸表达式在动态力学实验中，常用复数形式表示，如图：（7）利用欧拉公式利用欧拉公式则：则：式中：式中：*用复数形式表示的正弦用复数形式表示的正弦应力力E*称称为复数模量，复数模量，动态模量，其模量，其实部部为储能模量能模量E，虚，虚部部为损耗模量耗模量E动态模量的大小用模量的大小用E*的的绝对值表示表示为：通常通常EE，所以常用，所以常用E直接代表材料的直接代表材料的动态模量。模量。为便于把动态模量用一个复数表示，可以将动态交变为便于把动态模量用一个复数表示，可以将动态交变应力和应变写成复数的圆振函数形式：应力和应变写成复数的圆振函数形式：（8）（9）（10）（11）（12）复数柔量复数柔量D*复复数模量的倒数数模量的倒数D储能柔量；能柔量；D损耗柔量耗柔量（13）（14）（15）（16）（17）（18）当试样受到剪切形变也有类似的表示方式：当试样受到剪切形变也有类似的表示方式：（19）（20）（21）（22）（23）（24）（25）（26）G*复合剪切模量；复合剪切模量；J*复合剪切柔量；复合剪切柔量；G剪切储能模量；剪切储能模量；J剪切储能柔量；剪切储能柔量；G剪切损耗模量；剪切损耗模量；J剪切损耗柔量剪切损耗柔量 如果测量的试样是聚合物熔体或溶液，其动态粘弹性如果测量的试样是聚合物熔体或溶液，其动态粘弹性用下式表示：用下式表示：*复合粘度；复合粘度；实粘度，等于模量的损耗部分；实粘度，等于模量的损耗部分；虚粘度，等于模量的储能部分；虚粘度，等于模量的储能部分；角角频率，率，=2f（rad/s）（27）（28）（29）v三、三、动态力学力学热分析（分析（Dynamic MechanicalvThermal Analysis，DMTA）定）定义：在交：在交变的的应力或力或应变（一般（一般为正弦交正弦交变或或），），测定材料的定材料的储能模量（能模量（E或或G）、）、耗能模量（耗能模量（E”或或G”）、阻尼因子（）、阻尼因子（tan）等随）等随时间、温度、温度、频率率变量中的一个或几个量中的一个或几个变化的一种方法。化的一种方法。四、四、DMTA的意的意义：1.更接近材料更接近材料实际受力情况受力情况2.能同能同时提供材料的提供材料的弹性和粘性性能性和粘性性能3.可用很小的可用很小的试样、在、在较短短时间内内获得材料的得材料的刚度和阻尼随温度和阻尼随温度、度、频率、率、时间的的变化情况化情况4.对测试聚合物的各聚合物的各级松松驰过程（尤其各程（尤其各级次次级转变）灵敏度）灵敏度极高。极高。五、五、评价材料性能：耐价材料性能：耐热性、耐寒性；共混高聚物相容性混性、耐寒性；共混高聚物相容性混溶性；复合材料界面特性，确定材料加工条件、使用条件，溶性；复合材料界面特性，确定材料加工条件、使用条件，消音、减震性能、高分子消音、减震性能、高分子链运运动机理、机理、树脂脂-固化固化剂体系的体系的固化固化过程程六、六、DMTA 的的优点：点：v可同可同时测定剪切模量和定剪切模量和杨氏模量氏模量v测试频率范率范围宽v测试样品模量范品模量范围宽v所所测试样形状各异形状各异聚合物力学性质与温度、频率、聚合物力学性质与温度、频率、时间的关系时间的关系一、一、聚合物力学性质与温度、频率、时间的关系：聚合物力学性质与温度、频率、时间的关系：1.聚合物的性聚合物的性质与温度有关：塑料在室温下大多是硬的，与温度有关：塑料在室温下大多是硬的，在高温下就在高温下就变软；橡胶在室温下；橡胶在室温下软而有而有弹性，但在低温性，但在低温就就变硬。硬。2.聚合物的性聚合物的性质与施加于其上的外力作用的与施加于其上的外力作用的时间有关：有关：应力松弛模量是力松弛模量是时间的函数，短的函数，短时间测得的模量有高的数得的模量有高的数值，长时间测得的有低的数得的有低的数值。3.聚合物的性聚合物的性质与外力作用的与外力作用的频率有关：外力作用的率有关：外力作用的频率率增加与降低温度或减少增加与降低温度或减少时间具有相同效果，使材料具有相同效果，使材料刚性性提高；而提高；而频率减少与升高温度或增加率减少与升高温度或增加时间具有相同效果，具有相同效果，使材料使材料刚性减小。性减小。时温等效温等效二、聚合物粘弹性的利用：二、聚合物粘弹性的利用：1.聚合物作为结构材料聚合物作为结构材料利用它的弹性、强利用它的弹性、强度，要求在使用的温度范围内有较大的储能模度，要求在使用的温度范围内有较大的储能模量量2.聚合物作为减震或隔音材料聚合物作为减震或隔音材料利用它的粘利用它的粘性，要求在一定频率范围内有较高的阻尼；性，要求在一定频率范围内有较高的阻尼；3.聚合物作为轮胎聚合物作为轮胎应有弹性，内耗不能过应有弹性，内耗不能过高，以防生热脱层爆破，但需要一定的内耗以高，以防生热脱层爆破，但需要一定的内耗以增加轮胎与地面的摩擦力增加轮胎与地面的摩擦力二、高聚物粘弹性的研究：二、高聚物粘弹性的研究：高聚物的粘弹性是高聚物分子运动的宏观反映，而高聚高聚物的粘弹性是高聚物分子运动的宏观反映，而高聚物分子运动的松弛时间同温度有关，因此温度发生变化时，物分子运动的松弛时间同温度有关，因此温度发生变化时，高聚物粘弹性响应时间也必然发生变化。在测试时间或频率高聚物粘弹性响应时间也必然发生变化。在测试时间或频率固定的前提下改变温度，高聚物粘弹性参数的数值将随之改固定的前提下改变温度，高聚物粘弹性参数的数值将随之改变。随着温度的逐步升高，非晶态线性高聚物依此表现为玻变。随着温度的逐步升高，非晶态线性高聚物依此表现为玻璃态、玻璃化转变区、高弹态和粘流态的力学性能。这和在璃态、玻璃化转变区、高弹态和粘流态的力学性能。这和在恒定温度下随时间的延长高聚物力学性能的变化规律是类似恒定温度下随时间的延长高聚物力学性能的变化规律是类似的。这样，粘弹性参量可分别作为温度和时间（频率）的函的。这样，粘弹性参量可分别作为温度和时间（频率）的函数用图形表示，前者称为粘弹性温度谱，后者称为粘弹性时数用图形表示，前者称为粘弹性温度谱，后者称为粘弹性时间（或频率）谱。二者之间有一定联系。间（或频率）谱。二者之间有一定联系。1.高聚物动态粘弹性的重要力学行为是滞后和力学损耗（或力高聚物动态粘弹性的重要力学行为是滞后和力学损耗（或力学内耗）。学内耗）。2.描述高聚物动态粘弹性力学行为的粘弹性参数是复数模量描述高聚物动态粘弹性力学行为的粘弹性参数是复数模量E*，储能模量，储能模量E和损耗模量和损耗模量E，复数柔量，复数柔量D*，储能柔量，储能柔量D和损和损耗柔量耗柔量D，损耗因子，损耗因子tan等，它等，它们都是都是时间（频率）的函数，率）的函数，也都是温度的函数。也都是温度的函数。v 因而研究高聚物粘弹性同温度、时间（或频率）的关系因而研究高聚物粘弹性同温度、时间（或频率）的关系不仅在揭示高聚物的力学性质及其分子运动机理具有重要的不仅在揭示高聚物的力学性质及其分子运动机理具有重要的科学意义，而且在高聚物的加工、应用中也具有重要的实际科学意义，而且在高聚物的加工、应用中也具有重要的实际意义。意义。为了了解聚合物的动态力学性能，有必要进行宽广的为了了解聚合物的动态力学性能，有必要进行宽广的温度范围对性能的测定，简称温度谱；在宽广的频率范围温度范围对性能的测定，简称温度谱；在宽广的频率范围内进行测定，简称频率谱，通称内进行测定，简称频率谱，通称DMA谱。谱。三、温度谱：测定时，原则上维持交变应力频率的不变。三、温度谱：测定时，原则上维持交变应力频率的不变。由图可见：模量随温度升高逐渐下降，并有若干段呈由图可见：模量随温度升高逐渐下降，并有若干段呈阶梯形转折，耗能因子在谱图上出现若干峰，模量跌落与阶梯形转折，耗能因子在谱图上出现若干峰，模量跌落与tan峰的温度范围基本对应峰的温度范围基本对应。温度温度谱按模量和内耗峰可分成几个按模量和内耗峰可分成几个区域，不同区域反映材料区域，不同区域反映材料处于不同的分于不同的分子运子运动状状态，转折的区域称折的区域称为转变，分，分主主转变和和次次级转变。主主转变又称又称转变或玻璃化或玻璃化转变，此，此时所所对应的温度的温度为此材料的玻璃化此材料的玻璃化转变温度。温度。这段除模量急段除模量急趋下降外，下降外，tan急急趋增大增大并出并出现极大极大值后再迅速下降，反映了聚后再迅速下降，反映了聚合物中无定形或非晶区部分合物中无定形或非晶区部分链段由段由冻结到自由运到自由运动的的转变。次次级转变分成分成、等等转变，在此，在此转变区内，模量有小的区内，模量有小的跌落，并出跌落，并出现、等等损耗峰，反映比耗峰，反映比链段更小的运段更小的运动单元（局部元（局部侧基、端基、极短的基、端基、极短的链节等）由等）由冻结到自由运到自由运动的的转变。随着温度的升高，随着温度的升高，E在玻璃化转变区间急剧下降，此时在玻璃化转变区间急剧下降，此时tan出出现一个峰形曲一个峰形曲线。当温度。当温度较低低时（T2/），主要是），主要是键长键角运角运动对交交变应力做出响力做出响应，这时储能模量能模量E为普普弹模模量。同量。同时，由于，由于链段根本来不及运段根本来不及运动，力学，力学损耗耗tan或或E很小。很小。当温度当温度较高（高（TgTTf）时，高聚物，高聚物处于高于高弹态，链段链段运动最可几频率运动最可几频率0（0=1/0，0为链段运动最可几松弛时间）为链段运动最可几松弛时间）时，时，链段基本上来不及对外力作出响链段基本上来不及对外力作出响应，这时材料表现为刚性即玻璃应，这时材料表现为刚性即玻璃态，具有以链角变形为主对外力态，具有以链角变形为主对外力作出瞬间响应的普弹性，因而作出瞬间响应的普弹性，因而E()很高，很高，E()和和tan都很小，都很小，且与频率关系不大；且与频率关系不大；当当 0时，链段能自由时，链段能自由地随外力的变化而重排，这时材地随外力的变化而重排，这时材料表现为理想的高弹性，料表现为理想的高弹性，E()很小，很小，E()和和tan也很小，且也很小，且与频率关系不大。当与频率关系不大。当 0时，时，链段运动由不自由到较自由，即链段运动由不自由到较自由，即玻璃化转变，此时玻璃化转变，此时E()随频率随频率变化急剧变化，链段运动需克服变化急剧变化，链段运动需克服较大的摩擦力，较大的摩擦力，E()和和tan均均达到峰值。达到峰值。从不同频率下测定材料在从不同频率下测定材料在相同温度范围内的温度谱可知：相同温度范围内的温度谱可知：当频率变化当频率变化10倍时，随材料活倍时，随材料活化能不同其温度谱曲线位移化能不同其温度谱曲线位移710oC，即如果频率变化三个，即如果频率变化三个数量级时相当于温度位移数量级时相当于温度位移2130oC，因此用频率扫描模，因此用频率扫描模式可以更细致地观察较不明显式可以更细致地观察较不明显的次级松弛转变。的次级松弛转变。典型非晶态高聚物不同频率下典型非晶态高聚物不同频率下的温度谱的温度谱在在同同一一温温度度下下改改变变频频率率，或或在在同同一一频频率率下下改改变变温温度度。tantan 可可能能出出现现峰峰值值，称称为为力力学学损损耗耗峰峰或或内内耗耗峰峰。这这些些内内耗耗峰峰的的位位置置和和形形状状与与聚聚合合物物中中各各种种尺尺寸寸的的运运动动单单元元的的运运动动有有密密切切关关系系。由由于于这这些些运运动动单单元元各各有有自自己己的的松松弛弛时时间间，受受外外力力作作用用时时，各各运运动动单单元元的的响响应应也也就就不不同同。当当外外力力作作用用的的时时间间与与其其运运动动单单元元的的松松弛弛时时间间接接近近时时，此此时时分分子子运运动动的的弹弹性性能能转转变变为为分分子子运运动动的的热热能能而而消消耗耗，因因而而出出现现内内耗耗峰峰。所所以以内内耗耗峰峰的的位位置置和和形形状状具具有有“指指纹纹”特特征征，可可以以用用来来表表征征聚聚合合物物分分子子运运动动。因因而而用用动动态态力力学学方方法法得得到到的的动动态态力力学学频频率率谱谱或或温温度度谱谱对对研研究究各各种种形形式式的的聚聚合合物物分分子子运运动动具具有有其其独独特特的的性性能能，尤尤其其是是将将动动态态力力学学方方法法与与红红外外（IRIR）、电电子子显显微微镜镜（TEMTEM、SEMSEM等等）、热热分分析析方方法法（DSCDSC、DTADTA、TGTG等等）及及X-X-衍衍射射等等技技术术结结合合起起来来，对对于于研研究究聚聚合合物物分分子子运运动动机机制制、性性能能与与结结构构之之间间的的关关系系更更显显出出其其重重要要的理论与实践价值。的理论与实践价值。v聚合物玻璃转变温度聚合物玻璃转变温度Tg值依赖于化学结构值依赖于化学结构：分子链：分子链的柔性、空间阻碍、联结在主链上侧基大小都影响的柔性、空间阻碍、联结在主链上侧基大小都影响Tg的值。的值。对称性结构对称性结构 Tg ：PVC（87oC）、聚偏二氯乙烯（、聚偏二氯乙烯（-17oC）聚丙烯（聚丙烯（-10oC）、聚异丁烯（）、聚异丁烯（-65oC）分子极性的影响分子极性的影响：非极性的聚丙烯（：非极性的聚丙烯（-10oC）、中等）、中等极性的极性的PVC（87oC），高极性的聚丙烯腈（），高极性的聚丙烯腈（103oC）玻璃化转变还随分子量和交联增加而增加玻璃化转变还随分子量和交联增加而增加动态力学分析仪器动态力学分析仪器 测量量动态性能有多种性能有多种类型的型的仪器，而一种器，而一种仪器往往限制器往往限制于于测定一种定一种类型的材料。要想在不同的温度、型的材料。要想在不同的温度、频率范率范围内用内用一种一种仪器来器来测定各种不同聚合物材料的定各种不同聚合物材料的动态力学性能是非常力学性能是非常困困难的。的。v典型典型动态力学力学测定方法和定方法和仪器包括：器包括：1.自由振自由振动法：代表性的法：代表性的仪器有扭器有扭摆仪(TBA)，扭，扭辫仪(TP)。2.共振共振强强迫振迫振动法：法：代表性的代表性的仪器有振簧器有振簧仪。3.非非共共振振强强迫迫振振动法法：代代表表性性的的仪器器有有动态热机机械械分分析析仪，动态粘粘弹谱仪。4.波波传导或脉冲或脉冲传导法：法：5.动态力学力学谱仪（如旋（如旋转粘度粘度计）。）。最常用的动态力学分析仪器有三类：自由振动、强迫共最常用的动态力学分析仪器有三类：自由振动、强迫共振和非共振式强迫振动振和非共振式强迫振动一、自由振动法：一、自由振动法：在一小的形变范围内研究试样自由振动时的振动周期、在一小的形变范围内研究试样自由振动时的振动周期、相邻两振幅间的对数减量以及它们与温度的关系。扭摆仪、相邻两振幅间的对数减量以及它们与温度的关系。扭摆仪、扭辫仪。扭辫仪。各种动态力学试验方法的适用范围各种动态力学试验方法的适用范围v（1）扭扭摆仪：右：右图所示的扭所示的扭摆是一是一种种测量高聚物的切量高聚物的切变模量和力学阻尼模量和力学阻尼的的简单仪器，器，试样的一端被的一端被夹牢，另牢，另一端一端则与一能自由与一能自由摆动的的惯性体相性体相连接。接。惯性体的性体的转动使使试样扭扭转或松开。或松开。转动一次所需的一次所需的时间称称为周期周期P。由。由于阻尼逐于阻尼逐渐将体系的力能将体系的力能转变成成热，转动的振幅将随的振幅将随时间而减小，如而减小，如图4-3下半下半图所示。切所示。切变模量可从周期模量可从周期计算，周期愈短模量愈大。以算，周期愈短模量愈大。以对数减量数减量表示的阻尼是从振幅减小的速率表示的阻尼是从振幅减小的速率计算；如果阻尼很高，算；如果阻尼很高，转动就很快停止。就很快停止。测量动态切变模量和阻测量动态切变模量和阻尼的扭摆的示意图（下尼的扭摆的示意图（下半图为一典型的阻尼振半图为一典型的阻尼振动曲线）动曲线）对数减量对数减量定义为相邻两个振幅之比的自然对数，即定义为相邻两个振幅之比的自然对数，即A1、A2、A3An、An+1分分别为第第1、2、3n、n+1个振个振幅的幅的宽度。度。由对数减量由对数减量、扭摆体系的转动惯量、扭摆体系的转动惯量I及依赖于试样尺寸的及依赖于试样尺寸的常数常数K推导出动态剪切模量：推导出动态剪切模量：由于由于对数减量数减量很少超过很少超过1，G可近似用下式计算：可近似用下式计算：（30）（31）（32）（33）对圆柱型样品，剪切模量：对圆柱型样品，剪切模量：对矩形样品，剪切模量：对矩形样品，剪切模量：L试样有效部分有效部分长度，度，cm；C试样宽度，度，cm；D试样厚度，厚度，cm；形状因子，其数形状因子，其数值由由C/D的的比比值确定。确定。I振振动体系的体系的转动惯量，克量，克-厘米厘米2；P振振动周期，秒；周期，秒；以合适的温度以合适的温度间隔在不同的温度按微隔在不同的温度按微动开关开关进行扭行扭摆实验，可得到，可得到样品的一系列品的一系列G和和tan值，用其分，用其分别对温度作温度作图，即可得到，即可得到该样品的品的动态力学力学谱。则：则：（34）（35）（36）（2）扭）扭辫仪（Torsional Braid Analysis，TBA）：）：Gillham.J.K于于1960-1962期期间研制成功的一种研制成功的一种动态力学力学测试仪器，器，1974年年实现了自了自动化。当化。当时，Lewis和和Gillham两两人人设想用惰性材料作想用惰性材料作为支持体作成支持体作成辫子或子或线，用以支撑粘，用以支撑粘性材料。性材料。这样就可就可监测热固性固性树脂从粘流脂从粘流态到橡胶到橡胶态直至直至玻璃玻璃态的整个固化的整个固化过程。程。这种种仪器被命名器被命名为扭扭辫分析分析仪（Torsional Braid Analysis）简称称TBA，TBA的的诞生生为解解决决这方面的研究方面的研究课题起了重要作用。同起了重要作用。同时，又是，又是对热分析分析仪的一个的一个补充。充。扭辫仪主机示意图扭辫仪主机示意图扭辫仪上下偏光片示意图扭辫仪上下偏光片示意图由扭由扭辫仪主机的示意主机的示意图可可见：涂有涂有样品的特制品的特制辫子的上端与启子的上端与启动装置装置连接，下端与接，下端与换能能盘连接，用启接，用启动器使器使辫子扭子扭转一个角度，它便自由扭一个角度，它便自由扭动起来，并起来，并带动换能能盘转动，使上下偏振片之，使上下偏振片之间的的夹角周角周期性地期性地变化，因而使透光化，因而使透光强强度度发生生变化。化。这种种变化可由光化可由光电池池转换成成电信号后，由信号后，由记录仪记录出与扭出与扭摆仪的衰减曲的衰减曲线相似的相似的图形。由形。由图可可测得周期得周期P和振幅和振幅A，由公式（，由公式（30）可根据振幅可根据振幅计算出算出对数减量数减量。当。当较小小时，可求得，可求得tan；由由P可可计算相算相对刚度度1/P2；由；由和和1/P2可得模量的相可得模量的相对值。以以对数减量数减量对温度温度T作作图，可得到内耗曲，可得到内耗曲线；以相；以相对刚度度1/P2对温度温度T作作图，即可得到与，即可得到与储存模量随温度（或存模量随温度（或时间）变化有关的相化有关的相对刚度曲度曲线。v扭辫仪是扭摆仪的扩展，二者原理、数据测量、处理基本扭辫仪是扭摆仪的扩展，二者原理、数据测量、处理基本相同，主要区别在于样品的制备方法。相同，主要区别在于样品的制备方法。v缺点：扭辫仪使用的试样是复合体（被测材料与支撑物组缺点：扭辫仪使用的试样是复合体（被测材料与支撑物组成的复合样品），其几何形状不规则，所以测不出试样切变成的复合样品），其几何形状不规则，所以测不出试样切变模量的绝对值，仅为相对刚度，以模量的绝对值，仅为相对刚度，以1/P2表示，不能与其他仪表示，不能与其他仪器测得得模量数据比较。器测得得模量数据比较。v优点：试样用量少（优点：试样用量少（100mg以下），试样制备简单，采用以下），试样制备简单，采用玻璃纤维作支撑物，能在玻璃纤维作支撑物，能在-180600oC温度范围内研究材料的温度范围内研究材料的多重转变，试样可以从液态、凝胶态、橡胶态一直研究到玻多重转变，试样可以从液态、凝胶态、橡胶态一直研究到玻璃态，能成为一种既能研究聚合物的物理转变又能研究其化璃态，能成为一种既能研究聚合物的物理转变又能研究其化学转变的新型分析仪器。学转变的新型分析仪器。二、强迫共振法：二、强迫共振法：将一个周期变化的力或力矩施加到片状或杆将一个周期变化的力或力矩施加到片状或杆状试样上，监测试样所产生的振幅，试样振幅是状试样上，监测试样所产生的振幅，试样振幅是驱动力频率的函数，当驱动力频率与试样的共振驱动力频率的函数，当驱动力频率与试样的共振频率相等时，试样的振幅达到最大值。如果测得频率相等时，试样的振幅达到最大值。如果测得试样的共振频率，即可从已知经典公式算出试样试样的共振频率，即可从已知经典公式算出试样模量以及试样阻尼。模量以及试样阻尼。振簧仪、振簧仪、Du Pon 980型动态力学分析仪、型动态力学分析仪、B&K复数模量仪等复数模量仪等用振簧仪测得的典型的用振簧仪测得的典型的振幅振幅-频率曲线频率曲线1.（固固定定自自由由）振振动动仪仪器器振振簧簧仪仪：振振簧簧是是广广泛泛用用于于测测量量杨杨氏氏模模量量和和阻阻尼尼的的方方法法。从从右右图图可可见见：条条状状或或簧簧片片状状的的塑塑料料试试样样的的一一端端被被固固定并强迫作横向振动。定并强迫作横向振动。与与试试夹夹相相连连接接的的振振动动器器可可以以是是一一 个个 刻刻 唱唱 片片 的的 头头（phonograph cutting head）或或是是一一个个类类似似扩扩音音器器的的电电磁磁振振动动器器。振振动动器器由由一一个个可可以以改改变变频频率率的的振振荡荡器器驱驱动动。当当振振动动频频率率改改变变时时，将将会会达达到到簧簧片片的的自自然然频频率率，并并且且簧簧片片自自由由端端的的振振幅幅也也将将经经过过一一极极大大值值。簧簧片片自自由由端端的的振振幅幅随随激激发发振振动动的的频频率率而而改改变变，振振动动的的振振幅幅可可用用显显微微镜镜中中的的测测微微目目镜镜、电电容容拾振器或可变磁阻拾振器来测定。拾振器或可变磁阻拾振器来测定。式式中中：E杨杨氏氏模模量量，达达因因/厘厘米米2（要要换换算算成成磅磅/吋吋2可可将将所所得得数数值值乘乘以以1.45 10-5）；塑塑料料试试样样的的密密度度，克克/厘厘米米3；L簧簧片片的的自自由由长长度度，厘厘米米；D试试样样厚厚度，厘米；度，厘米；fr共振频率，周共振频率，周/秒。秒。阻尼阻尼fr为频率的半高度，定义为振动的振幅等于最大振幅为频率的半高度，定义为振动的振幅等于最大振幅 时时两个频率之差，有时也取最大振幅一半时两个频率之差。两个频率之差，有时也取最大振幅一半时两个频率之差。2.（自由自由）振动仪器（自由自由）振动仪器试样两端处于无夹持的自由状态，试样的支撑或悬挂位试样两端处于无夹持的自由状态，试样的支撑或悬挂位置为试样的波节线。波节线离试样末端的距离置为试样的波节线。波节线离试样末端的距离Ln：L试样总长；试样总长；n振动阶数振动阶数 一根矩形截面试样在一阶弯曲共振的波节线受到支撑一根矩形截面试样在一阶弯曲共振的波节线受到支撑而自由自由共振时而自由自由共振时 振簧仪适用于研究刚性较大的高聚物的动态粘弹性。振振簧仪适用于研究刚性较大的高聚物的动态粘弹性。振簧仪使试样一端受到夹持，造成簧仪使试样一端受到夹持，造成“夹持误差夹持误差”，试样越硬及，试样越硬及损耗越小，测得的损耗越小，测得的E的误差越大；同一根试样当夹持力不同的误差越大；同一根试样当夹持力不同时，测得的时，测得的fr也不同，也影响也不同，也影响E的数值。因此，最好用可测的数值。因此，最好用可测力矩的扳手来拧紧夹试样的螺钉，以保持夹持力的恒定，这力矩的扳手来拧紧夹试样的螺钉，以保持夹持力的恒定，这在定量测定不同试样并相互比较时是不可忽视的。在定量测定不同试样并相互比较时是不可忽视的。（自由自由）振动仪器（自由自由）振动仪器由于不存在夹持误差，所以由于不存在夹持误差，所以适合高刚性、低损耗的材料，最适用的模量范围适合高刚性、低损耗的材料，最适用的模量范围11011(Pa)，阻尼范围，阻尼范围0.10.01，频率范围，频率范围2002000Hz。这种共振技术不能直接用于刚度太小、阻尼太高的材料，这种共振技术不能直接用于刚度太小、阻尼太高的材料，否则它们的共振峰将增宽而难以分辨。否则它们的共振峰将增宽而难以分辨。三、强迫非共振法：三、强迫非共振法：研究聚合物粘弹动态力学性能非常有效、研究聚合物粘弹动态力学性能非常有效、普遍、重要的方法。目前优点最多的普遍、重要的方法。目前优点最多的DMA仪仪器，能使温度和频率成为两个独立变化的量，器，能使温度和频率成为两个独立变化的量，从而既可以得到在一定温度下的频率模量从而既可以得到在一定温度下的频率模量关系，即频谱，又可以得到在一定频率下的关系，即频谱，又可以得到在一定频率下的温度模量关系，即温度谱。温度模量关系，即温度谱。v典型仪器典型仪器动态粘弹谱仪动态粘弹谱仪v基本原理：试样在控温箱中，两端被夹在夹具中，一基本原理：试样在控温箱中，两端被夹在夹具中，一端的夹具接振荡器，另一端夹具接传感器，振荡器将端的夹具接振荡器，另一端夹具接传感器，振荡器将一定频率的正弦变化的应变作用于试样，同时此应变一定频率的正弦变化的应变作用于试样，同时此应变也反映到平移器，试样产生的应力则由传感器接收。也反映到平移器，试样产生的应力则由传感器接收。平移器和传感器将接收到的应变和应力的变化信号同平移器和传感器将接收到的应变和应力的变化信号同时输送到信号放大器和计算机，可绘制出实模量时输送到信号放大器和计算机，可绘制出实模量E、虚模量虚模量E及及tan的温度谱。的温度谱。总结总结：每种动态试验仪器均有其优点与缺点。：每种动态试验仪器均有其优点与缺点。v扭摆在一般高聚物常遇到的整个模量范围（扭摆在一般高聚物常遇到的整个模量范围（1051011达因达因/厘厘米米2）均可应用，在整个阻尼范围，即从对数减量小于）均可应用，在整个阻尼范围，即从对数减量小于0.01至大至大于于5之间，也可应用。假如动态力学性能是作为温度的函数来研之间，也可应用。假如动态力学性能是作为温度的函数来研究，当温度改变时很难将频率保持基本恒定。扭摆也受到频率究，当温度改变时很难将频率保持基本恒定。扭摆也受到频率范围相当狭窄的限制，一般在范围相当狭窄的限制，一般在0.01和和10周周/秒之间。秒之间。v振簧仪包括的范围约振簧仪包括的范围约101000周周/秒。因为它是一种共振类型秒。因为它是一种共振类型的仪器，很难能在保持频率恒定的情况下，在一个温度范围内的仪器，很难能在保持频率恒定的情况下，在一个温度范围内去测量动态性能。同样，在保持温度恒定时，很难用一个试样去测量动态性能。同样，在保持温度恒定时，很难用一个试样去研究频率的影响。振簧仪很适合于硬性高聚物，也可用于橡去研究频率的影响。振簧仪很适合于硬性高聚物，也可用于橡胶，但是一般不能用于阻尼很高的转变区。这类仪器可用来研胶，但是一般不能用于阻尼很高的转变区。这类仪器可用来研究分子取向的效应；张力可在与取向相平行或垂直的方向加于究分子取向的效应；张力可在与取向相平行或垂直的方向加于试样上。试样上。实验技术实验技术一、一、测量方法和量方法和测试条件的条件的选择：1.动态力学力学测量方法的量方法的选择：（）（）对容易成型的聚合物容易成型的聚合物样品，如橡胶、塑料、品，如橡胶、塑料、纤维等固等固体体样品，常采用品，常采用强强迫非共振法、扭迫非共振法、扭摆法法测量。量。（）（）对不易成型的聚合物熔体或粘性不易成型的聚合物熔体或粘性样品等，常采用扭品等，常采用扭辫仪或振簧或振簧仪，样品可浸品可浸渍在扭在扭辫仪的的辫子上或涂附于振簧子上或涂附于振簧仪的的弹簧上簧上进行行测试。2.聚合物聚合物样品的要求：品的要求：对样品的形状、大小、尺寸没有品的形状、大小、尺寸没有统一一规定，但要求材定，但要求材质必必须均匀、无气泡、无均匀、无气泡、无杂质、加工平整等，、加工平整等，样品的尺寸要准品的尺寸要准确确测量。量。3.振振动频率和振率和振动位移的位移的选择：（）振（）振动频率：率：测量温度量温度谱时，采用低，采用低频（0.110Hz）有）有利于利于检测聚合物分子聚合物分子结构中各小运构中各小运动单元的松弛特征。元的松弛特征。由由图可可见：随：随频率增加，率增加，E和和tan向高温移向高温移动。对大多数聚合物，大多数聚合物，当当频率增加一个数量率增加一个数量级时，Tg转变的的温度将增加温度将增加约7oC，原因是，原因是频率增加，率增加，应变跟不上，只有提高温度才能激跟不上，只有提高温度才能激发分子分子链内微布朗运内微布朗运动。（2）振动位移：视试样的软硬程度而定。）振动位移：视试样的软硬程度而定。对硬试样，振动位移要小，否则过大易造成过载现象，对硬试样，振动位移要小，否则过大易造成过载现象，超出仪器设备最大外力负荷，损坏仪器或使检测无法超出仪器设备最大外力负荷，损坏仪器或使检测无法进行。进行。对软试样，振动位移要大些，否则测不准。对软试样，振动位移要大些，否则测不准。振幅大小对检测结果的影响：振幅大小对检测结果的影响：天然橡胶中填充不同体积分数的天然橡胶中填充不同体积分数的高耐磨炭黑的硫化胶，剪切模量高耐磨炭黑的硫化胶，剪切模量G随振幅增加而下降，而且随炭随振幅增加而下降，而且随炭黑量增加，黑量增加，G对振幅变化越敏感。对振幅变化越敏感。但对纯胶而言，振幅的变化影响但对纯胶而言，振幅的变化影响不大。不大。4.静态力和动态力：静态力和动态力：试样在作周期性振动时，必须与激振器检测头试样在作周期性振动时，必须与激振器检测头紧密贴紧，这就需要对试样施加静态力，再施加动紧密贴紧，这就需要对试样施加静态力，再施加动态力加以检测。态力加以检测。原则上，静态力要大于或等于施加的动态力，原则上，静态力要大于或等于施加的动态力，否则试样变形过大使数据测不准。如：某仪器最大否则试样变形过大使数据测不准。如：某仪器最大负荷为负荷为16N，一般静态力为，一般静态力为10N，动态力为，动态力为6N。5.DMTA各种变形方式及其应用范围：各种变形方式及其应用范围：有拉伸、压缩、弯曲（单悬臂梁、双悬臂梁、有拉伸、压缩、弯曲（单悬臂梁、双悬臂梁、三点弯曲）、剪切、液三点弯曲）、剪切、液-固相互作用方式。固相互作用方式。根据样品实际的使用条件选择测试方式。根据样品实际的使用条件选择测试方式。变形方式选择原则：根据样品的形状、尺寸、软硬程度来选择变形方式选择原则：根据样品的形状、尺寸、软硬程度来选择a.拉伸变形方式的特点和适用范围：拉伸变形方式的特点和适用范围：v自动设长度自动设长度v预拉伸和自动拉伸避免试样收缩预拉伸和自动拉伸避免试样收缩v适用于薄膜和纤维（适用于薄膜和纤维（l30mm）b.压缩变形方式的特点和适用范围：压缩变形方式的特点和适用范围：v自动设定间距（厚度）自动设定间距（厚度）v适用于低模量材料：弹性体、食品、橡胶、凝胶、泡沫塑料适用于低模量材料：弹性体、食品、橡胶、凝胶、泡沫塑料c.三明治剪切变形方式的特点及适用范围：三明治剪切变形方式的特点及适用范围：v 直径直径7mm和和12mm夹具夹具v 适用于弹性体、橡胶、凝胶、高粘度流体、粘合剂适用于弹性体、橡胶、凝胶、高粘度流体、粘合剂二、测试扫描模式的选择：二、测试扫描模式的选择：1.温度扫描模式：在固定频率下测定动态模量及损温度扫描模式：在固定频率下测定动态模量及损耗随温度变化的实验方式，是聚合物材料研究和表耗随温度变化的实验方式，是聚合物材料研究和表征应用最广的模式。征应用最广的模式。a.测定材料的各种转变：测定材料的各种转变：玻璃化转变（玻璃化转变（Tg主转变）、主转变）、侧链转变（次级转变）侧链转变（次级转变）b.可以从温度谱评价材料的耐热性、耐寒性、低温可以从温度谱评价材料的耐热性、耐寒性、低温韧性、耐老化能力、阻尼、减震性能等，还可以研韧性、耐老化能力、阻尼、减震性能等，还可以研究聚合物材料的结构参数，如结晶度、分子取向、究聚合物材料的结构参数，如结晶度、分子取向、相对分子质量、交联、共混、共聚及增塑等与宏观相对分子质量、交联、共混、共聚及增塑等与宏观力学性能的关系。力学性能的关系。c.动态力学温度谱确定动态力学温度谱确定Tg的方法的方法1-E曲线拐点（切线法）曲线拐点（切线法）2-E曲线峰值温度曲线峰值温度3-tan曲线峰值温度（曲线峰值温度（ISO）v习惯上，以习惯上，以Tg表征结构材料的最高使用温度用第一表征结构材料的最高使用温度用第一种方法，以保证材料在使用温度范围内模量不出现种方法，以保证材料在使用温度范围内模量不出现大的变化，从而保证结构件的尺寸与形状稳定性大的变化，从而保证结构件的尺寸与形状稳定性v研究阻尼材料时，则以损耗峰峰值温度表示研究阻尼材料时，则以损耗峰峰值温度表示Tg。DMTA与与DSC测定转变温度的比较：测定转变温度的比较：1.均可测定均可测定Tg，但相同条件下，但相同条件下DMTA所得所得Tg比比DSC所所得得Tg高高10-30oC。2.DMTA一般不能获得一般不能获得Tm数据。数据。3.DMTA可获得各级次级转变温度，而可获得各级次级转变温度，而DSC不能。不能。v塑料，塑料，Tg越高，使用温度越高，耐热性越好；越高，使用温度越高，耐热性越好；v橡胶，橡胶，Tg越低，低温韧性越好，耐寒性越好。越低，低温韧性越好，耐寒性越好。v低温若有次级转变峰，低温韧性好低温若有次级转变峰，低温韧性好PVCNBR乙烯基酯的次级转变乙烯基酯的次级转变2.频率扫描模式：在恒温、恒应力下，测量动态模量及损耗随频率扫描模式：在恒温、恒应力下，测量动态模量及损耗随频率变化的实验方式，用于研究材料力学性能与频率的依赖频率变化的实验方式，用于研究材料力学性能与频率的依赖性。性。由于频率变化三个数量级时相当于温度位移由于频率变化三个数量级时相当于温度位移2030oC，因此可以用频率扫描模式更细致地观察较不明显的次级转变：因此可以用频率扫描模式更细致地观察较不明显的次级转变：从温度谱中大致可以确定次级转变的温度范围，在这一范围从温度谱中大致可以确定次级转变的温度范围，在这一范围内选择一、二个温度，在恒温下做频率扫描实验，从频率谱内选择一、二个温度，在恒温下做频率扫描实验，从频率谱上可明显表征这些次级转变的特性。上可明显表征这些次级转变的特性。v从从DMTA频率谱可获得各级转变的特征频率，如频率谱可获得各级转变的特征频率，如、等，等，v各特征频率取倒数，即得到各转变的特征松驰时间各特征频率取倒数，即得到各转变的特征松驰时间、。频率扫描模式的应用：频率扫描模式的应用：v更细致地观察次级转变，做指纹分析。更细致地观察次级转变，做指纹分析。v根据时根据时-温等效原理，摸拟温等效原理，摸拟TTS主曲线，主曲线，v以评价聚合物的长期使用性能及超瞬间性能以评价聚合物的长期使用性能及超瞬间性能时时-温等效原理：温等效原理：v对于聚合物的同一力学松驰现象，既可较高对于聚合物的同一力学松驰现象，既可较高温度、较短时间内观察到，也可较低温度、温度、较短时间内观察到，也可较低温度、较长时间内观察到较长时间内观察到v升高温度或延长时间对聚合物的粘弹行为是升高温度或延长时间对聚合物的粘弹行为是等效的。等效的。频率频率温度，时间关系：温度，时间关系：3.时间扫描模式：在恒温、恒频率下测定材料动态力时间扫描模式：在恒温、恒频率下测定材料动态力学性能随时间变化的实验方式，主要研究动态力学学性能随时间变化的实验方式，主要研究动态力学性能与时间的依赖性。性能与时间的依赖性。v实际应用：常用于热固性树脂如环氧树脂及其复合实际应用：常用于热固性树脂如环氧树脂及其复合材料的固化过程研究，为固化工艺条件的选择提供材料的固化过程研究，为固化工艺条件的选择提供依据：软化时间、凝胶时间、固化完全时间；还可依据：软化时间、凝胶时间、固化完全时间；还可用于研究聚合物吸附某种物质，或环境条件如湿度用于研究聚合物吸附某种物质，或环境条件如湿度对材料力学性能的影响，聚合物与溶剂的相互作用对材料力学性能的影响，聚合物与溶剂的相互作用等。等。4.动态应力扫描模式：在恒温及固定频率下，测量动态应变动态应力扫描模式：在恒温及固定频率下，测量动态应变随应力变化的实验方式，即测定试样的动态应力应变曲线。随应力变化的实验方式，即测定试样的动态应力应变曲线。此模式常用于评价材料及其结构与应力的依赖性，也可用此模式常用于评价材料及其结构与应力的依赖性，也可用于确定应力应变关系的线性范围。在做各种模式动态力学于确定应力应变关系的线性范围。在做各种模式动态力学试验时，选择实验参数必须选择动态应力和应变在线性范围试验时，选择实验参数必须选择动态应力和应变在线性范围内的数据。内的数据。动态应力应变曲线，可以清楚区分线性和非线性区、屈动态应力应变曲线，可以清楚区分线性和非线性区、屈服点、屈服强度以及断裂强度。应力应变曲线下的面积代服点、屈服强度以及断裂强度。应力应变曲线下的面积代表单位体积试样破坏（或断裂）所需的能量，即断裂能，这表单位体积试样破坏（或断裂）所需的能量，即断裂能，这是评价材料断裂韧性的重要参数。是评价材料断裂韧性的重要参数。动态应力扫描模式提供了在不同温度、不同频率下测定材动态应力扫描模式提供了在不同温度、不同频率下测定材