第5章3动态热机械分析.ppt

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1、,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/（L0 T）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,=L/（L0 T）,美国：-30-30 日本：25-80 我国：0-

2、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/（V0 T）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,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/,Tg,Tf,

3、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）,Tg=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）,Tg1,Tg2,1 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

4、,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）,Tg,Tm,Tg,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：

5、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,2 动态热机械分析,2-3 基本原理,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+0cos(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,

6、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,

7、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.,Tg,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/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

8、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,T1,T2,0.90GPa,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（TTg).,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

9、，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,