第5章3动态热机械分析

,第,5,章,3-,动态热机械分析,Dynamic Thermal Mechanical Analysis, DMA,1,热机械分析,1,、零负荷测定,2,、静态负荷测定,3,、动态负荷测定,热膨胀法,静态热机械,动态热机械,1,热机械分析,1-1,热膨胀法,定义：在程序控温下，测量物质在可忽,略负荷时,尺寸,与,温度,关系的技术。,线热膨胀法,体热膨胀法,1,热机械分析,1-1,热膨胀法,线热膨胀法,：温度升高,1,度，试样某一方向上相对伸长（或收缩）量：,=,L /,（,L,0,T,）,线膨胀系数（,1/K,）,L,0,初始长度,T,试验温度差,1,热机械分析,1-1,热膨胀法,=,L /,（,L,0,T,）,美国：,-30-30,日本：,25-80,我国：,0-40,注意：要求测试温度范围内无相转变,1,热机械分析,1-1,热膨胀法,体热膨胀法,：温度升高,1,度，试样体积膨胀（或收缩）的相对量：,=,V /,（,V,0,T,）,体膨胀系数（,1/K,）,V,0,初始体积,T,试验温度差,1,热机械分析,1-1,热膨胀法,DIL 402 PC,热膨胀仪 德国,1,热机械分析,1-1,热膨胀法,DIL 402 C,热膨胀仪,德国,1,热机械分析,1-1,热膨胀法,DIL 402 E,热膨胀仪,德国,1,热机械分析,1-2,静态热机械分析,定义,：在程序控温下，测量物质在,非振动负荷,下的,温度,与,形变,关系的技术。,拉伸,压缩,弯曲,扭转,1,热机械分析,1-2,静态热机械分析,L,T/,T,g,T,f,例,1 PMMA,温度,-,形变曲线（,压缩,）,1,热机械分析,1-2,静态热机械分析,L,T/,例,3 PE,线膨胀系数（,压缩,）,HDPE,LDPE,1,热机械分析,1-2,静态热机械分析,L,T/,例,4,环氧树脂 线膨胀系数（,压缩,）,T,g,=128,d L/,dt,1,热机械分析,1-2,静态热机械分析,针入度,T/,例,5,聚酯,/,聚酰亚胺（,针入度,）,T,g1,T,g2,1,热机械分析,1-2,静态热机械分析,温度,负荷,压头,样品,介质,千分表,例,6,塑料维卡软化点测定（,针入度,）,1,热机械分析,1-2,静态热机械分析,温度,负荷,压头,样品,介质,千分表,例,6,塑料热变形温度测定（,弯曲法,）,1,热机械分析,1-2,静态热机械分析,L,T/,例,6,温度,-,弯曲形变曲线（,弯曲法,）,PC,HDPE,LDPE,PVC,1,热机械分析,1-2,静态热机械分析,L,T/,例,6,温度,-,拉伸形变曲线（,拉伸法,）,硬,PVC,LDPE,苯丙共聚,纤维素,1,热机械分析,1-2,静态热机械分析,V,T/,例,7,天然橡胶体膨胀曲线（,膨胀法,）,T,g,T,m,T,g,2,动态热机械分析,2-1,基本定义,定义,：在程序控温下，测量物质在,振动载荷,下的,动态模量,和（或）,力学损耗,与,温度,的关系。,(Dynamic Mechanical Analysis,DMA,),2,动态热机械分析,2-2,基本特点,特点,1,：小样品，宽温度、频率范围。,特点,2,：表征结构变化,-,分子运动,-,性能。,特点,3,：动态载荷产品设计（轮胎）。,玻璃化转变、结晶、取向、交联、相分离,2,动态热机械分析,2-3,基本原理,粘性,在应力下产生流动的能力,弹性,应力后恢复原状的能力,粘弹性,同时具粘性液体与纯弹性质,应力,单位面积上承受的力,应变,= L/L,0,2,动态热机械分析,2-3,基本原理,模量,应力与应变之比，刚性量度。,柔量,模量的倒数，柔性量度。,泊松比,外力下纵、横向应变之比。,= -,2,/,1,E=2G,（,1+,）,E,杨氏模量，,G,剪切模量,2,动态热机械分析,2-3,基本原理,线性粘弹性行为：,=,0,sin (,t),=,0,sin (,t +,),角频率,相位差,2,动态热机械分析,2-3,基本原理,线性粘弹性行为：,=,0,sin(,t),cos,+,0,cos (,t)sin,=,0,sin (,t),2,动态热机械分析,2-3,基本原理,线性粘弹性行为：,=,0,E sin(,t) +,0,E,cos,(,t),E = (,0,/,0,),COS,E = (,0,/,0,) sin,2,动态热机械分析,2-3,基本原理,E,Tan,非晶态高聚物,DMA,温度谱,（,频率一定,）,次级松弛转变,玻璃化转变,T,2,动态热机械分析,2-3,基本原理,lgE,Tan,非晶态高聚物,DMA,频率谱,（,温度一定,）,lg,lgE,E,E,Tan,2,动态热机械分析,2-3,基本原理,高聚物,DMA,频率谱,（,温度一定,）,高聚物,DMA,温度谱,（,频率一定,）,由于调节温度比调频率更容易，因此,DMA,温度谱,最常用。,2,动态热机械分析,2-4,分析仪器,DMA 242 C,动态热机械分析仪,2,动态热机械分析,2-4,分析仪器,F,三点弯曲,2,动态热机械分析,2-4,分析仪器,F,双悬臂梁,2,动态热机械分析,2-4,分析仪器,F,单悬臂梁,2,动态热机械分析,2-4,分析仪器,F,纤维延伸,2,动态热机械分析,2-4,分析仪器,F,薄膜延伸,2,动态热机械分析,2-4,分析仪器,F,平行板,3,在高分子材料中的应用,3-1,玻璃化温度测定,T,E , Tan,.,T,g,玻璃化转变附近,:,E ,Tan,最大,3,在高分子材料中的应用,3-1,玻璃化温度测定,例,1,NBR/,S,ZnO,DM,/C,体系,3,在高分子材料中的应用,3-1,玻璃化温度测定,例,1,NBR/CoCl,2,体系,3,在高分子材料中的应用,3-2,耐热性能评价,温度,负荷,压头,样品,介质,千分表,例,6,塑料维卡软化点测定（,针入度,）,温度,负荷,压头,样品,介质,千分表,例,6,塑料热变形温度测定（,弯曲法,）,3,在高分子材料中的应用,3-2,耐热性能评价,特点,：热变形温度（维卡软化点）测,定结果仅适合于同种材料间的相对比较，,不能全面衡量材料的耐热性能。,3,在高分子材料中的应用,3-2,耐热性能评价,E ,T,硬,PVC,尼龙,6,T,1,T,2,0.90GPa,3,在高分子材料中的应用,3-3,耐寒性或低温韧性评价,1,、塑料：非晶态的玻璃态（,T,T,g,).,2,、塑料：晶态,+,玻璃态（,T,Tg,).,塑料耐寒性,：低温下可运动单元情况。,E,E,，,Tan,非晶态高聚物,DMA,温度谱,（,频率一定,）,次级松弛转变,玻璃化转变,T,3-3,耐寒性或低温韧性评价,3,在高分子材料中的应用,塑料耐寒性,：低温下可运动单元情况。,在,DMA,谱图上,低温损耗峰位置,越低，,强度,越强，则塑料的低温度韧性越好。,3,在高分子材料中的应用,ASTM,落锤冲击试验,：,测试样品多达,30,个以上，在,-29,下调节,24,小时。（,测试结果重复性差,）,3,在高分子材料中的应用,3-4,评价高分子耐环境能力,T,Log(Tan,),干态,50%,湿度,100%,湿度,a,尼龙,66,吸水前后性能变化,3,在高分子材料中的应用,3-4,评价高分子耐环境能力,T,Tan,UV-,固化硫醇树脂老化前后,DMA,未老化,老化,12h,老化,24 h,3,在高分子材料中的应用,3-4,评价高分子耐环境能力,环境因素（光、热、水、氧等）,结构改变（交联、断链、结晶、化学基团）,DMA,分析（,Tan,-T, E-T),3,在高分子材料中的应用,3-5,未知高分子材料初步判断,未知样品,DMA,谱图,已知样品,DMA,谱图,进行,DMA,谱图分析比较,3,在高分子材料中的应用,3-5,未知高分子材料初步判断,三种,ABS,的,Tan,-T,曲线,T=-80,T=-40,T=-5,3,在高分子材料中的应用,3-6,表征高分子材料的阻尼特性,