第5章 3-动态热机械分析

第5章3-动态热机械分析DynamicThermalMechanicalAnalysis,DMA1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：α=△L/（L0△T）α—线膨胀系数（1/K）L0—初始长度△T—试验温度差1热机械分析1-1热膨胀法α=△L/（L0△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：γ=△V/（V0△T）γ—体膨胀系数（1/K）V0—初始体积△T—试验温度差1热机械分析1-1热膨胀法DIL402PC热膨胀仪德国1热机械分析1-1热膨胀法DIL402C热膨胀仪德国1热机械分析1-1热膨胀法DIL402E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△LT/℃TgTf例1PMMA温度-形变曲线（压缩）1热机械分析1-2静态热机械分析△LT/℃例3PE线膨胀系数（压缩）HDPELDPE1热机械分析1-2静态热机械分析△LT/℃例4环氧树脂线膨胀系数（压缩）Tg=128℃d△L/dt1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）Tg1Tg21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△LT/℃例6温度-弯曲形变曲线（弯曲法）PCHDPELDPEPVC1热机械分析1-2静态热机械分析△LT/℃例6温度-拉伸形变曲线（拉伸法）硬PVCLDPE苯丙共聚纤维素1热机械分析1-2静态热机械分析△VT/℃例7天然橡胶体膨胀曲线（膨胀法）TgTmTg2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。(DynamicMechanicalAnalysis,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ε=△L/L02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。μ=-ε2/ε1E=2G（1+μ）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：ε=ε0sin(ωt)σ=σ0sin(ωt+δ)ω–角频率δ–相位差2动态热机械分析2-3基本原理线性粘弹性行为：σ=σ0sin(ωt)cosδ+σ0cos(ωt)sinδε=ε0sin(ωt)2动态热机械分析2-3基本原理线性粘弹性行为：σ=ε0E’sin(ωt)+ε0E’’cos(ωt)E’=(σ0/ε0)COSδE’’=(σ0/ε0)sinδ2动态热机械分析2-3基本原理E‘Tanδδγβα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T2动态热机械分析2-3基本原理lgE‘Tanδ非晶态高聚物DMA频率谱（温度一定）lgωlgE’’E‘E’’Tanδ2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DMA242C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TE’’,Tanδ.Tg玻璃化转变附近:E’’,Tanδ最大3在高分子材料中的应用3-1玻璃化温度测定例1NBR/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1NBR/CoCl2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6T1T20.90GPa3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（TTg).2、塑料：晶态+玻璃态（TTg).3、塑料：晶态+橡胶态（TTg).塑料耐寒性：低温下可运动单元情况。E‘E‘’，Tanδδγβα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T3-3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TLog(Tanδ)干态50%湿度100%湿度aβγ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TTanδUV-固化硫醇树脂老化前后DMA未老化老化12h老化24h3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（Tanδ-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Tanδ-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