熱分析3動態(tài)機(jī)械

1、熱機(jī)械6.1 靜態(tài)熱機(jī)熱機(jī)械6.1 靜態(tài)熱機(jī)械分析在程序溫度下，測量物質(zhì)在非振動負(fù)荷與溫度關(guān)系法6.2 動態(tài)熱機(jī)械分析在程序溫度下，測量物質(zhì)在振動負(fù)荷量、力學(xué)損耗與溫度關(guān)系法6.1 靜態(tài)熱機(jī)6.1 靜態(tài)熱機(jī)械分析物理量：線膨脹、壓縮、伸長、彎曲、溶脹針入試樣：粉末、薄膜、液體、凝氣氛：真空、各種氣體、溶應(yīng)力產(chǎn)生爐溫控制、檢測試樣探試樣探測靜態(tài)熱機(jī)械靜態(tài)熱機(jī)械分析法（TMA）的應(yīng)測定高分子材料的各向異測定材料的測定材料的針入、拉伸性負(fù)針入法測量膜的軟化動態(tài)熱機(jī)械分析動態(tài)熱機(jī)械分析在程序溫度下，測量物質(zhì)在振動負(fù)荷下動態(tài)模量力學(xué)損耗與溫度關(guān)系法最常用的振動負(fù)荷：正弦應(yīng)彈性材料、粘性流體、高聚物力學(xué)性

2、能的彈性材料、粘性流體、高聚物力學(xué)性能的理想彈性材料（虎克定律E(t) (t)d/dt=d dx：間距為dy的兩層液體在dtd/dt=d dx：間距為dy的兩層液體在dt沿x粘彈性材料粘彈性材料粘彈性材料(t)0)(t)(t)t)0粘彈性材料(t)0)(t)(t)t)0E*動態(tài)模E動態(tài)儲能模量，表征材料在形變過程中因彈性形變E動態(tài)損耗模量，表征材料在形變過程中因粘性形變而損耗的能拉伸柔量：D*(t)拉伸柔量：D*(t)(t)=D-i剪切模量：G*G+i剪切柔量：J*Ji從而獲得E或G，E或G，tg 等參數(shù)高分子鏈運(yùn)動的特點(diǎn)高分子鏈運(yùn)動的特點(diǎn)分子的一個部分可以相對于另一個部分做高分子熱運(yùn)動的多重

3、性鏈段：物質(zhì)的性質(zhì)是該物質(zhì)內(nèi)分物質(zhì)的性質(zhì)是該物質(zhì)內(nèi)分子運(yùn)動的反當(dāng)運(yùn)動單元的運(yùn)動狀態(tài)不同時(shí)，物質(zhì)不同的性例：鏈段運(yùn)動與非晶態(tài)高聚物力學(xué)性能間的關(guān)鏈段運(yùn)動被凍結(jié)時(shí)，高聚剛硬的玻璃態(tài)彈性模量高（110GPa）而彈性形變鏈段運(yùn)動時(shí)，高聚物表現(xiàn)為柔軟而富有彈性的橡膠態(tài)彈性模量低（110MPa）而彈性形變非晶態(tài)非晶態(tài)高聚物在玻璃化轉(zhuǎn)變前后的性能變松弛時(shí)：表征運(yùn)動單松弛時(shí)：表征運(yùn)動單元從一個平衡位置運(yùn)動到另一 e( /0E0RT：熱力學(xué)溫度任何一種運(yùn)動單元是，取決于運(yùn)動任何一種運(yùn)動單元是，取決于運(yùn)動松弛時(shí)觀察時(shí)間tt 時(shí)，t 時(shí)，t 時(shí)，來TTg 高聚物表現(xiàn)為TTTg 高聚物表現(xiàn)為TTg 高聚物表現(xiàn)為高聚物

4、表現(xiàn)為高聚物表現(xiàn)為t =1 如何能夠觀察到分子運(yùn)動在性能上如何能夠觀察到分子運(yùn)動在性能上的 e( /0t t t 時(shí)，時(shí)，時(shí)，來動態(tài)力學(xué)動態(tài)力學(xué)性能溫度譜（DMA或DMTA譜材料在固定頻率下動態(tài)力學(xué)性能隨溫度的變高聚物動態(tài)力學(xué)性能溫度高聚物動態(tài)力學(xué)性能溫度譜的（1）OCOO 運(yùn)動、Tg Tg Tg (tg ISOTg (Tg Tg Tg (tg ISOTg (研究阻尼材料時(shí)，常用Tg (tg )，Tg Tf 以Tg，Tg Tf 以TgTf T Tg T有結(jié)晶有結(jié)晶能力但起始狀態(tài)為非晶態(tài)的高聚在升溫過程中發(fā)生冷結(jié)拉伸模式，樣品在低溫范圍內(nèi)存在松弛效應(yīng)，其特征溫度可用E起始點(diǎn)或E拉伸模式，樣品在低

5、溫范圍內(nèi)存在松弛效應(yīng)，其特征溫度可用E起始點(diǎn)或Etg 的峰溫進(jìn)行表征。玻璃化轉(zhuǎn)變發(fā)生在75 C以后，儲能模量從4200MPa200MPa(From: HYPERLINK http:/w/ （2）部分結(jié)晶高聚（2）部分結(jié)晶高聚Tg：玻璃化轉(zhuǎn)變溫1，1：Tf Tm，分子量較高的樣意義：該類物質(zhì)常Tm 材料使用上限溫和Tm或Tf 熔體加工下限溫若Tg室溫，材料如橡膠增，料既有一定的剛度又有良好的韌若Tg室溫，材料有良好的剛（3）交聯(lián)程度從1至4（3）交聯(lián)程度從1至4隨交聯(lián)程度加大，Tg加大降tg （4）（4）共混高聚（包括嵌段共聚物、接枝共聚物、互穿網(wǎng)絡(luò)高聚物非晶態(tài)非晶態(tài)高聚物共混物DMA溫度譜隨兩

6、相混容性變化示意橡膠增橡膠橡膠增橡膠為分散相熱塑性彈性為連續(xù)橡膠為連續(xù)相為分散DMA和DSC法測量高聚物-聚苯醚（PPO）/ 聚苯乙烯（PS）共混物的Tg(DMA)/ Tg(DSC)/ DMA和DSC法測量高聚物-聚苯醚（PPO）/ 聚苯乙烯（PS）共混物的Tg(DMA)/ Tg(DSC)/ （5）樹脂劑體（5）樹脂劑體起始樹脂在室溫下呈玻璃起始樹脂在室溫下呈液產(chǎn)物的Tg較意義熱固性料筒溫度應(yīng)在Tf樹脂Tgel之間（6）界面相：Tg（6）界面相：TgTgTgc=+存在界面相，故Tg聚合物 活性填料體系的Tg下標(biāo)iTgTgc=+存在界面相，故Tg聚合物 活性填料體系的Tg下標(biāo)i下標(biāo)fZorows

7、ki和Murayama下標(biāo)m下標(biāo)fZorowski和Murayama下標(biāo)m下標(biāo)fadhtg expadh =tg adh 填充劑對次級轉(zhuǎn)填充劑對次級轉(zhuǎn)變的影尼龍66的DMA玻增龍66的DMA粘彈阻尼層復(fù)合材粘彈阻尼層復(fù)合材料不同溫度下的阻尼性T700/環(huán)氧TT85預(yù)浸0.3mm丁腈橡膠T700/環(huán)氧TT85預(yù)浸三點(diǎn)彎曲模30%玻增強(qiáng)PBT材平方垂方30%玻增強(qiáng)PBT材平方垂方分別取其平行與垂直率2K/min方向進(jìn)行 DMA測試，三點(diǎn)彎曲模式、頻率1Hz、升溫平行方向（直線）的儲能模量明顯較高，E下降起始點(diǎn)在 43，損耗因子數(shù)值也較小兩者的損耗因子峰值則出現(xiàn)在同一溫度 HYPERLINK htt

8、p:/w/ （7）高聚物（7）高聚物的動態(tài)力學(xué)性能譜還隨測試頻率而變頻率對非晶態(tài)線性高聚物的DMA力學(xué)性能溫度譜的影除外，聚合物的轉(zhuǎn)變溫度均隨實(shí)驗(yàn)頻率的提高而向高溫方移動，移動的幅度取決于相應(yīng)運(yùn)動單元的活化能SBR 橡膠混合SBR 橡膠混合物的多頻測試圖隨著頻率的增大，Tg向高溫漂移，E也相應(yīng)增（實(shí)驗(yàn)條件：2K/min 升溫，雙懸臂模式 HYPERLINK http:/w/ 溫溫與轉(zhuǎn)變溫度T之間的關(guān)系=0E與轉(zhuǎn)變溫度T之間的關(guān)系=0E=0高聚物的動態(tài)力學(xué)性能頻高聚物的動態(tài)力學(xué)性能頻率材料在恒定溫度下動態(tài)力學(xué)性能隨測試頻率的變測試頻率譜的方法（1）采用不同動態(tài)力學(xué)測試方法獲得不同頻率段的頻率譜然

9、后寬廣頻率范圍內(nèi)的頻率（2）法測試不同溫度下某一頻率范圍的一組頻率譜然后利用時(shí)-溫等效原理得到全頻率范圍內(nèi)的頻率一般更愿意測試DMA時(shí)，DMA=1 一般更愿意測試DMA時(shí)，DMA=1 =1 =1 =1 （1）E e( /（1）E e( /00RT：熱力學(xué)溫度測試中，所選應(yīng)力振幅都在材料應(yīng)力=ln 0 =ln 0 代入 = 1/ 即測不同溫度T下的DMA頻率譜，得到不同溫度T作 1/TE轉(zhuǎn)變與 轉(zhuǎn)變的ln 1/T轉(zhuǎn)變與 轉(zhuǎn)變的ln 1/T（2）us = um （2）us = um =T=um0 /t+ 質(zhì)量m定義傳輸率（T 1表示有減振效果ff2n減振器的自振頻率c/ccr擾動頻率擾動頻率兩種材

10、料在該頻率下的E相兩種減振器材料的傳輸率與擾動頻率的關(guān)高聚物的動態(tài)力學(xué)性高聚物的動態(tài)力學(xué)性能時(shí)間材料在恒定溫度與恒定頻率下動態(tài)力學(xué)性能隨測試時(shí)間的變用途：研究樹體系的等動力學(xué)以及濕度、吸附對材料力學(xué)性能的影凝膠時(shí)間是在熱固性樹時(shí)-溫等效原時(shí)-溫等效原DMA力學(xué)性能溫度DMA力學(xué)性能頻率頻率對DMA力學(xué)性能溫度譜的影溫度對DMA力學(xué)性能頻率譜的影同一樣品同一溫同一樣品同一溫度不同頻時(shí)處于A同一樣品不同溫度不同頻時(shí)處于相同狀同一樣品在不同頻率下的DMA同一樣品同一頻率同一樣品同一頻率不同溫時(shí)處于A同一樣品不同溫度不同頻時(shí)處于相同狀同一樣品在不同溫度下的DMA時(shí)溫等效原理：升高溫度與延長觀察時(shí)間（頻

11、率的倒數(shù)）時(shí)溫等效時(shí)溫等效原理已知一種高聚物在較低頻和較低溫度下的性能譜，可以過平移將高聚物這一性能譜疊加到較高頻和較高溫度下，反之亦然WLF方程T：移動因子，是將溫度TWLF方程T：移動因子，是將溫度T參考溫度T0C10，C20：T0T0=Tg時(shí)（適用于WLF方程所示的lg T與（T-Tg）幾種高聚物的WLF方程中的C1、C2幾種高聚物的WLF方程中的C1、C2動態(tài)熱機(jī)械分析提供的參數(shù)小獲得材料的E、E、tg ，E動態(tài)熱機(jī)械分析提供的參數(shù)小獲得材料的E、E、tg ，EE和tg 從溫度譜中，獲得一系列特征溫度：Tg、Tm、Tf、T 、T 、T 、從時(shí)間譜中，獲得樹脂tgel、利用時(shí)-從時(shí)間譜中

12、，獲得樹脂tgel、利用時(shí)-動態(tài)熱機(jī)械分析儀固定1010-S3-10010104101動態(tài)熱機(jī)械分析儀固定1010-S3-10010104101動態(tài)力學(xué)試驗(yàn)類型（續(xù)10 S10 2 10 2 103 10106 10動態(tài)力學(xué)試驗(yàn)類型（續(xù)10 S10 2 10 2 103 10106 10衰減振動衰減振動X(t) = X0X0t)ff扭擺10 (扭擺10 (普通材料3 (橡膠類測試精度：玻璃態(tài)7%，G 玻璃轉(zhuǎn)變區(qū)lrb，c：與b，c G（圓柱狀試樣lrb，c：與b，c G（圓柱狀試樣rp 12G bc3 p（帶狀試樣 ln0 lnln2 1ln023nnan 將試樣在不同溫度時(shí)測得的G和連成曲線

13、，稱為扭擺曲扭辮扭辮（2）強(qiáng)法強(qiáng)迫試樣（2）強(qiáng)法強(qiáng)迫試樣在一定頻率范圍內(nèi)的等幅力作用下發(fā)，從振曲線上頻率峰寬度得到儲能模量和損耗因多曲強(qiáng)的形強(qiáng)的形變模式：彎曲、扭轉(zhuǎn)、縱強(qiáng)法的特點(diǎn)測試溫度強(qiáng)法的特點(diǎn)測試溫度譜時(shí)，由于試樣模量隨溫度改變，從頻率也隨溫度變化，因此不能得到固定頻率下的溫度譜如果用強(qiáng)法獲得試樣在同一溫度、不同頻的性能，則只能通過在寬闊的頻率范圍內(nèi)測多曲線才能得到，但階數(shù)越高，信號越弱，且容易整個系統(tǒng)機(jī)械部分率譜比，因此用強(qiáng)法測（3）強(qiáng)迫（3）強(qiáng)迫法強(qiáng)迫試樣以設(shè)定頻率振動，測定試樣在振動中的應(yīng)力、應(yīng)變計(jì)算試樣儲能模量、損耗模量、動態(tài)粘度、損耗角正切等參電磁馬達(dá)驅(qū)動器：產(chǎn)生一個上正弦交變檢測器：檢測樣品的變形變模式：拉伸、壓縮、剪切彎曲、扭爐子：-強(qiáng)迫的形變模強(qiáng)迫的形變模式：拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭拉伸模壓縮模剪切模扭轉(zhuǎn)模樣樣品的幾何形狀必須樣樣品的幾何形狀必須適合測量模剪切：厚度0.5-1mm的正方形或圓形試彎曲：雙邊平行的扁平樣