動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析解析課件

1、第5章 3-動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析Dynamic Thermal Mechanical Analysis, DMA1 熱機(jī)械分析 1、零負(fù)荷測(cè)定2、靜態(tài)負(fù)荷測(cè)定3、動(dòng)態(tài)負(fù)荷測(cè)定熱膨脹法靜態(tài)熱機(jī)械動(dòng)態(tài)熱機(jī)械1 熱機(jī)械分析 1-1 熱膨脹法定義：在程序控溫下，測(cè)量物質(zhì)在可忽 略負(fù)荷時(shí)尺寸與溫度關(guān)系的技術(shù)。線熱膨脹法體熱膨脹法1 熱機(jī)械分析 1-1 熱膨脹法線熱膨脹法：溫度升高1度，試樣某一方向上相對(duì)伸長(zhǎng)（或收縮）量： = L /（L0 T） 線膨脹系數(shù)（1/K） L0初始長(zhǎng)度 T試驗(yàn)溫度差1 熱機(jī)械分析 1-1 熱膨脹法 = L /（L0 T） 美國(guó)：-30-30 日本： 25-80 我國(guó)： 0-40注意

2、：要求測(cè)試溫度范圍內(nèi)無(wú)相轉(zhuǎn)變1 熱機(jī)械分析 1-1 熱膨脹法體熱膨脹法：溫度升高1度，試樣體積膨脹（或收縮）的相對(duì)量： = V /（V0 T） 體膨脹系數(shù)（1/K） V0初始體積 T試驗(yàn)溫度差1 熱機(jī)械分析 1-1 熱膨脹法DIL 402 PC熱膨脹儀 德國(guó) 1 熱機(jī)械分析 1-1 熱膨脹法DIL 402 C熱膨脹儀 德國(guó) 1 熱機(jī)械分析 1-1 熱膨脹法DIL 402 E熱膨脹儀 德國(guó) 1 熱機(jī)械分析 1-2 靜態(tài)熱機(jī)械分析 定義：在程序控溫下，測(cè)量物質(zhì)在非振動(dòng)負(fù)荷下的溫度與形變關(guān)系的技術(shù)。 拉伸壓縮彎曲扭轉(zhuǎn)1 熱機(jī)械分析 1-2 靜態(tài)熱機(jī)械分析 LT/TgTf例1 PMMA 溫度-形變曲線

3、（壓縮）1 熱機(jī)械分析 1-2 靜態(tài)熱機(jī)械分析 LT/例3 PE 線膨脹系數(shù)（壓縮）HDPELDPE1 熱機(jī)械分析 1-2 靜態(tài)熱機(jī)械分析LT/例4 環(huán)氧樹(shù)脂 線膨脹系數(shù)（壓縮）Tg=128d L/dt1 熱機(jī)械分析 1-2 靜態(tài)熱機(jī)械分析針入度T/例5 聚酯/聚酰亞胺（針入度）Tg1 Tg2 1 熱機(jī)械分析 1-2 靜態(tài)熱機(jī)械分析溫度負(fù)荷壓頭樣品介質(zhì)千分表例6 塑料維卡軟化點(diǎn)測(cè)定（針入度）1 熱機(jī)械分析 1-2 靜態(tài)熱機(jī)械分析溫度負(fù)荷壓頭樣品介質(zhì)千分表例6 塑料熱變形溫度測(cè)定（彎曲法）1 熱機(jī)械分析 1-2 靜態(tài)熱機(jī)械分析LT/例6 溫度-彎曲形變曲線（彎曲法）PCHDPELDPEPVC1

4、熱機(jī)械分析 1-2 靜態(tài)熱機(jī)械分析LT/例6 溫度-拉伸形變曲線（拉伸法）硬PVCLDPE苯丙共聚纖維素1 熱機(jī)械分析 1-2 靜態(tài)熱機(jī)械分析VT/例7 天然橡膠體膨脹曲線（膨脹法）Tg Tm Tg 2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-1 基本定義 定義：在程序控溫下，測(cè)量物質(zhì)在振動(dòng)載荷下的動(dòng)態(tài)模量和（或）力學(xué)損耗與溫度的關(guān)系。(Dynamic Mechanical Analysis, DMA)2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-2 基本特點(diǎn)特點(diǎn)1：小樣品，寬溫度、頻率范圍。特點(diǎn)2：表征結(jié)構(gòu)變化-分子運(yùn)動(dòng)- 性能。特點(diǎn)3：動(dòng)態(tài)載荷產(chǎn)品設(shè)計(jì)（輪胎）。玻璃化轉(zhuǎn)變、結(jié)晶、取向、交聯(lián)、相分離2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-3 基本原

5、理粘性在應(yīng)力下產(chǎn)生流動(dòng)的能力彈性應(yīng)力后恢復(fù)原狀的能力粘彈性同時(shí)具粘性液體與純彈性質(zhì)應(yīng)力單位面積上承受的力應(yīng)變 = L/L02 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-3 基本原理模量應(yīng)力與應(yīng)變之比，剛性量度。柔量模量的倒數(shù)，柔性量度。泊松比外力下縱、橫向應(yīng)變之比。 = -2/1E=2G（1+）E楊氏模量，G剪切模量2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-3 基本原理線性粘彈性行為： = 0 sin (t) = 0 sin (t + )角頻率 相位差2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-3 基本原理線性粘彈性行為： = 0 sin(t) cos + 0cos (t)sin = 0 sin (t)2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-3 基本原理線性粘彈性行為

6、： = 0 E sin(t) + 0 E cos (t) E = ( 0 / 0 ) COS E = ( 0 / 0 ) sin 2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-3 基本原理ETan非晶態(tài)高聚物DMA溫度譜（頻率一定）次級(jí)松弛轉(zhuǎn)變玻璃化轉(zhuǎn)變T2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-3 基本原理lgETan非晶態(tài)高聚物DMA頻率譜（溫度一定）lg lgEEETan2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-3 基本原理高聚物 DMA頻率譜（溫度一定）高聚物 DMA溫度譜（頻率一定）由于調(diào)節(jié)溫度比調(diào)頻率更容易，因此DMA溫度譜最常用。2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-4 分析儀器DMA 242 C動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀 2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-4 分析儀器

7、F三點(diǎn)彎曲2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-4 分析儀器F雙懸臂梁2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-4 分析儀器F單懸臂梁2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-4 分析儀器F纖維延伸2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-4 分析儀器F薄膜延伸2 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析 2-4 分析儀器F平行板3 在高分子材料中的應(yīng)用3-1 玻璃化溫度測(cè)定TE , Tan.Tg 玻璃化轉(zhuǎn)變附近:E ,Tan最大 3 在高分子材料中的應(yīng)用3-1 玻璃化溫度測(cè)定 例1 NBR/S,ZnO,DM/C體系 3 在高分子材料中的應(yīng)用3-1 玻璃化溫度測(cè)定 例1 NBR/CoCl2體系 3 在高分子材料中的應(yīng)用3-2 耐熱性能評(píng)價(jià)溫度負(fù)荷壓頭樣品介質(zhì)千分表例6 塑料維卡軟化點(diǎn)測(cè)

8、定（針入度）溫度負(fù)荷壓頭樣品介質(zhì)千分表例6 塑料熱變形溫度測(cè)定（彎曲法）3 在高分子材料中的應(yīng)用3-2 耐熱性能評(píng)價(jià) 特點(diǎn)：熱變形溫度（維卡軟化點(diǎn)）測(cè)定結(jié)果僅適合于同種材料間的相對(duì)比較，不能全面衡量材料的耐熱性能。3 在高分子材料中的應(yīng)用3-2 耐熱性能評(píng)價(jià)E T硬PVC 尼龍6T1T20.90GPa3 在高分子材料中的應(yīng)用3-3 耐寒性或低溫韌性評(píng)價(jià)1、塑料：非晶態(tài)的玻璃態(tài)（TTg).2、塑料：晶態(tài)+玻璃態(tài)（TTg).塑料耐寒性：低溫下可運(yùn)動(dòng)單元情況。EE，Tan非晶態(tài)高聚物DMA溫度譜（頻率一定）次級(jí)松弛轉(zhuǎn)變玻璃化轉(zhuǎn)變T3-3 耐寒性或低溫韌性評(píng)價(jià)3 在高分子材料中的應(yīng)用塑料耐寒性：低溫下可運(yùn)動(dòng)單元情況。在DMA譜圖上低溫?fù)p耗峰位置越低，強(qiáng)度越強(qiáng)，則塑料的低溫度韌性越好。3 在高分子材料中的應(yīng)用 ASTM落錘沖擊試驗(yàn)：測(cè)試樣品多達(dá)30個(gè)以上，在-29下調(diào)節(jié)24小時(shí)。（測(cè)試結(jié)果重復(fù)性差）3 在高分子材料中的應(yīng)用3-4 評(píng)價(jià)高分子耐環(huán)境能力TLog(Tan)干態(tài)50%濕度100%濕度a尼龍66吸水前后性能變化3 在高分子材料中的應(yīng)用3-4 評(píng)價(jià)高分子耐環(huán)境能力TTanUV-固化硫醇樹(shù)脂老化前后DMA未老化老化12h老化24 h3 在高分子材料中的應(yīng)用3-4 評(píng)價(jià)高分子耐環(huán)境能力環(huán)境因素（光、熱、水、氧等）結(jié)構(gòu)改變（交聯(lián)、斷鏈、結(jié)晶、化學(xué)基團(tuán)）DMA分析（Tan-T, E-