環(huán)氧樹脂玻璃化轉變溫度測試實驗

實驗名稱環(huán)氧樹脂玻璃化轉變溫度測試實驗李福凱1153342 專業(yè)班級 航空復合材料?實驗目的了解環(huán)氧樹脂玻璃化轉變機理，掌握對環(huán)氧樹脂進行玻璃化轉變溫度測試的方法。初步學會使用DMA儀器測定高聚物的操作技術，并掌握實驗結果分析的基本方法。二?實驗內(nèi)容1?選定一中環(huán)氧樹脂配方，進行固化，并加工成制定尺寸形狀。2?用動態(tài)熱機械測試儀(DMA)對試樣進行熱機械分析，得到熱機械分析曲線。根據(jù)熱分析曲線進行分析判斷，得到樹脂的玻璃化轉變溫度。三?實驗原理高聚物是黏彈態(tài)材料之一，具有粘性和彈性固體的特性。它一方面想彈性材料具有貯存機械能的特性，這種特性不損耗能量；另一方面，它又具有像非流體靜應力下的粘液，會損耗能量而不能貯存能量。當高分子材料形變時，一部分能量變成位能，一部分變成熱而損耗。能量的損耗可由力學阻尼和內(nèi)摩擦生成的熱證明。滯后現(xiàn)象屬于高聚物的動態(tài)粘彈性。動態(tài)粘彈性是指聚合物在周期性變化的應力(或應變)作用下的力學行為，也稱為動態(tài)力學性質。滯后現(xiàn)象：高聚物在交變應力作用下，形變落后于應力變化的現(xiàn)象稱為“滯后現(xiàn)象”。在周期性變化的量中，最簡單是正弦變量。亠「、.Q(t)=Qsinwt周期性應力： os(t)=ssin(wt-8)形變隨時間的變化： 0式中：w——外力變化的角頻率，w=2兀V(V是頻率)；T 時間；5 形變發(fā)展落后于應力的相位差。滯后現(xiàn)象的原因：鏈段在運動時受到內(nèi)摩擦力的作用，當外力變化時，鏈段運動跟不上外力的變化，所以形變落后于應力，有一個相位差。力學損耗：如果形變的變化落后于應力的變化，發(fā)生滯后現(xiàn)象，則每一循環(huán)變化中就要消耗功(變成熱)，稱為力學損耗，也稱為內(nèi)耗。拉仲和回縮時，外力對橡膠所做的功和橡膠對外力所做的回縮功分別相當于拉仲曲線和回縮曲線下的面積。于是一個拉仲-回縮循環(huán)中所損耗的能量與這2塊面積之差相當。“滯后圈”：橡膠的拉仲-回縮循環(huán)的應力-應變曲線，所構成的閉合曲線稱為“滯后圈”，滯后圈的大小恰為單位體積的橡膠在每一個拉仲-回縮循環(huán)中所損耗的功，有AW=Jo(t)d￡(t)=Jo(t嚴'dtdtAW=o￡J2Kwsinwtcos(wt-5)dt積分得AW積分得AW=兀0￡sin500力學損耗角：5也常用tan5表示內(nèi)耗的大小，叫做“損耗因子”。

口A橡膠的拉伸-回縮循環(huán)的應力-應變曲線內(nèi)耗與溫度的關系（固定外力頻率）高聚物的內(nèi)耗與溫度的關系T〈Tg口A橡膠的拉伸-回縮循環(huán)的應力-應變曲線內(nèi)耗與溫度的關系（固定外力頻率）高聚物的內(nèi)耗與溫度的關系T〈Tg時，鏈段被“凍結”，完全不能運動，所以損耗很??；T接近Tg時，鏈段能運動，但阻力（內(nèi)摩擦力）很大，所以損耗大;Tf〉T〉〉Tg時，鏈段運動能力很強，損耗小；T〉Tf時，整鏈運動，損耗很大。內(nèi)耗與頻率的關系（固定溫度）咼聚物的內(nèi)耗與頻率的關系動態(tài)模量應力變化比應變變化領先一個相位角5，應力可表示為o（t）=osin?tcos5+acos?tsin500定義cos5sin5E〃二精度:負荷sin5E〃二精度:負荷0.000麗據(jù)。（測

行試驗2）—

匕丿0o（t）=wEsin?t+￡E"cos?t00模量可用復數(shù)模量表示：E*=E"+iE"實數(shù)模量E'稱為貯存模量；虛數(shù)模量E”稱為損耗模量。有如下關系:E〃tan5=-E"聚合物的轉變和松弛與分子運動有關。由于聚合物分子是一個長鏈的分子，它的運動有很多形式，包括側基的轉動和振動、短鏈段的運動、長鏈段的運動以及整條分子鏈的位移各種形式的運動都是在熱能量激發(fā)下發(fā)生的。它既受大分子內(nèi)鏈段（原子團）之間的內(nèi)聚力的牽制，又受分子鏈間的內(nèi)聚力的牽制。這些內(nèi)聚力都限制聚合物的最低能位置。分子實際上不發(fā)生運動，然而隨溫度升高，不同結構單元開始熱振動，并不斷外加振動的動能接近或超過結構單元內(nèi)旋轉位壘的熱能值時，該結構單元就發(fā)生運動，如移動等，大分子鏈的各種形式的運動都有各自特定的頻率。這種特定的頻率是由溫度運動的結構單元的慣量矩所決定的。而各種形式的分子運動的開始發(fā)生便引起聚合物物理性質發(fā)生變化而導致轉變或松弛，體現(xiàn)在動態(tài)力學曲線上的就是聚合物的多重轉變實驗儀器DMAQ800是由美國TAINSTRUMENTS公司生產(chǎn)的新一代動態(tài)力學分析儀（見圖2-64）。它采用非接觸式線性驅動馬達代替?zhèn)鹘y(tǒng)的步進馬達直接對樣品施加應力，以空氣軸承取代傳統(tǒng)的機械軸承以減少軸承在運行過程中的摩擦力，并通過光學讀數(shù)器來控制軸承位移，精確度達lnm；配置多種先進夾具（如三點彎曲、單懸臂、雙懸臂、夾心剪切、壓縮、拉伸等夾具），可進行多樣的操作模式，如共振、應力松弛、蠕變、固定頻率溫度掃描（頻率范圍為0.01?210Hz,溫度范圍為-180?600°C）、同時多個頻率對溫度掃描、自動張量補償功能、TMA等，通過隨機專業(yè)軟件的分析可獲得高解析度的聚合物動態(tài)力學性能方面的數(shù)近1nm,Tan^0.0001，模量1%）。本實驗使用三點彎曲夾具進實驗步驟開機。合電源總閘，按照先冷壓機再主機的順序依次打開相關設備電源后，再啟動計算機。打開軟件，預熱30分鐘。夾具校正。夾具的安裝、校正（夾具質量校正、柔量校正），按軟件菜單提示進行。樣品安裝。利用DMA軟件，設定測試條件，進行測試，保存檢測數(shù)據(jù)至文件夾中。先關閉計算機后，再關閉相關設備電源。將相關工具和檢測試樣，放回原處，將實驗場地清理干凈。實驗結果與分析試樣尺寸：Size長50.0000寬12.4000高2.30000mm由實驗圖像中損耗角曲線在大約125攝氏度時出現(xiàn)峰值，可粗略的得出該樹脂的玻璃化轉變溫度為125°七.注意事項1?在未經(jīng)實驗指導老師的允許下，不得擅自操作設備。開機時，先打開相關設備電源后，再啟動計算機，否則會出現(xiàn)計算機無法啟動的故障。在試驗過程中，如發(fā)現(xiàn)設備有異常情況時，可按下軟件中停止按鈕，停止試驗，并及時與指導老師聯(lián)系，以免人員受傷。八.思考1.除了DMA外還可以采用什么設備方法進行樹脂玻璃化轉變溫度測定？答：常用的測定聚合物玻璃化轉變的方法有靜態(tài)熱機械法TMA（如膨脹計法、溫度形變曲線法等）、動態(tài)力學測量法DMA（如扭辮法和扭擺法等）、熱力學方法（如示差掃描法DSC或差熱分析法DTA）等。2?為什么聚合物在玻璃態(tài)、高彈態(tài)時內(nèi)耗小，而在玻璃化轉變區(qū)內(nèi)耗出現(xiàn)極大？答：玻璃態(tài)下，T小于Tg，鏈段被凍結，完全不能動，因此材料受力時吸收的能量很少；咼彈態(tài)時