聚合物溫度形變曲線的測定

聚合物溫度形變曲線的測定第一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1．掌握測定聚合物溫度－形變曲線的方法。2．測定聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的玻璃化溫度Tg；粘流溫度Tf，加深對線型非晶聚合物的三種力學(xué)狀態(tài)理論的認(rèn)識。3．掌握等速升溫控制和用于形變測量的差動(dòng)變壓器。第二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五二.實(shí)驗(yàn)原理

聚合物試樣上施加恒定荷載，在一定范圍內(nèi)改變溫度，試樣形變隨溫度的變化以形變或相對形變對溫度作圖，所得的曲線，通常稱為溫度—形變曲線，又稱為熱機(jī)械曲線。第三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五聚合物的許多結(jié)構(gòu)因素的改變，都會(huì)在其溫度—形變曲線上有明顯的反映，因而測定溫度－形變曲線，可以提供許多關(guān)于試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，了解聚合物分子運(yùn)動(dòng)與力學(xué)性能的關(guān)系，并可分析聚合物的結(jié)構(gòu)形態(tài).

可以得到聚合物的特性轉(zhuǎn)變溫度，如：玻璃化溫度Tg，粘流溫度Tf，和熔點(diǎn)等，對于評價(jià)被測試樣的使用性能、確定適用溫度范圍和選樣加工條件很有實(shí)用意義。第四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五高分子運(yùn)動(dòng)單元具有多重性，它們的運(yùn)動(dòng)又具有溫度依賴性，所以在不同的溫度下，外力恒定時(shí)，聚合物鏈段可以呈現(xiàn)完全不同的力學(xué)特征。對于線型非晶聚合物有三種不同的力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)，高彈態(tài)，粘流態(tài)。

第五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五溫度足夠低時(shí)，高分子鏈和鏈段的運(yùn)動(dòng)被“凍結(jié)”，外力的作用只能引起高分子鍵長和鍵角的變化，因此聚合物的彈性模量大，形變－應(yīng)力的關(guān)系服從虎克定律，其機(jī)械性能與玻璃相似，表現(xiàn)出硬而脆的物理機(jī)械性質(zhì)，這時(shí)聚合物處于玻璃態(tài)，在玻璃態(tài)溫度區(qū)間內(nèi)，聚合物的這種力學(xué)性質(zhì)變化不大，因而在溫度—形變曲線上玻璃區(qū)是接近橫坐標(biāo)的斜率很小的一段直線(見圖1)第六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五隨著溫度的上升，分子熱運(yùn)動(dòng)能量逐漸增加，到達(dá)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg后，分子運(yùn)動(dòng)能量已經(jīng)能夠克服鏈段運(yùn)動(dòng)所需克服的位壘，鏈段首先開始運(yùn)動(dòng)，這時(shí)聚合物的彈性模量驟降，形變量大增，表現(xiàn)為柔軟而富于彈性的高彈體，聚合物進(jìn)入高彈態(tài)，溫度－形變曲線急劇向上彎曲，隨后基本維持在一“平臺”上。第七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五溫度進(jìn)一步升高至粘流溫度Tf，整個(gè)高分子鏈能夠在外力作用下發(fā)生滑移，聚合物進(jìn)入粘流態(tài)，成為可以流動(dòng)的粘液，產(chǎn)生不可逆的永久形變，在溫度－形變曲線上表現(xiàn)為形變急劇增加，曲線向上彎曲。第八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五第九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五玻璃態(tài)與高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變溫度就是玻璃化溫度Tg，高彈態(tài)與粘流態(tài)之間的轉(zhuǎn)變溫度就是粘流溫度Tf。前者是塑料的使用溫度上限，橡膠類材料的使用溫度下限，后者是成型加工溫度的下限。第十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五第十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五本實(shí)驗(yàn)使用RJY-1型熱機(jī)械分析儀進(jìn)行測量。儀器包括爐體，溫度控制和測量系統(tǒng)，以及形變測量系統(tǒng)三個(gè)組成部分。溫度控制采用可變電壓式等速升溫裝置，它由兩個(gè)自耦式調(diào)壓變壓器(簡稱調(diào)壓器)和一個(gè)微型同步電機(jī)經(jīng)過簡單的裝配即成，其原理如圖3所示。第十二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五第十三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五三.儀器和試劑

1．RJY-1型熱機(jī)械分析儀，上海天平儀器廠生產(chǎn)，或者自制全自動(dòng)溫度—形變儀。2．聚甲基丙烯酸甲酯試樣。第十四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五四.準(zhǔn)備工作

1.正確連接好全部測量線路，經(jīng)檢查后，接通形變儀和記錄儀電源器，預(yù)熱至儀器穩(wěn)定。2.降下爐子，細(xì)心清理樣品臺和壓桿觸頭，徹底清除上次測量留下的殘?jiān)?。放下記錄儀和記錄筆。第十五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五五.實(shí)驗(yàn)步驟

1.截取厚度約1mm的聚甲基丙烯酸甲酯薄片一小塊為試樣，試樣兩端面要平行，用游標(biāo)卡尺測量試樣高度。將試樣安放在爐內(nèi)樣品臺上，讓壓桿觸頭壓在試樣的中央，旋動(dòng)差動(dòng)變壓器支架的螺絲，調(diào)節(jié)記錄儀形變測量筆的零點(diǎn).第十六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五

2.取出試樣，觀察記錄儀形變記錄筆的平衡點(diǎn)移動(dòng)，這時(shí)平衡點(diǎn)應(yīng)接近滿刻度為宜。移動(dòng)量不足或過大時(shí)，須重新調(diào)整形變儀靈敏度。3.重新放好試樣，關(guān)閉爐子，將記錄形變筆調(diào)至零點(diǎn)右側(cè)附近。4.根據(jù)升溫速度3-5°C的要求，適當(dāng)選擇等速升溫裝置兩個(gè)調(diào)壓器的電壓，然后接通電源開始升溫。第十七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五5.放下記錄筆開始自動(dòng)記錄溫度和形變，直至溫度升到200°C(測量其它試樣時(shí)應(yīng)另行確定)，切斷升溫裝置電源，抬起記錄筆，打開爐子，啟動(dòng)微型風(fēng)扇降溫。6.待爐子冷卻后，清理樣品臺和壓桿觸頭，改變測量條件，重復(fù)上述步驟2－7，進(jìn)行二次測量。第十八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五7.切斷全部電源，折下壓桿和砝碼，清除試樣殘?jiān)门_秤稱量壓桿和砝碼的質(zhì)量，用游標(biāo)卡尺測量壓桿觸頭的直徑，然后把儀器復(fù)原。8.測量雙筆記錄儀兩記錄筆的間距，記下記錄儀的走紙速度。第十九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五六.數(shù)據(jù)處理

1．從溫度形變曲線上求得聚甲基丙烯酸甲酯Tg、Tf2．計(jì)算平均升溫速度3．根據(jù)壓桿和砝碼的重量以及壓桿觸頭的截面積計(jì)算壓桿所受的壓縮應(yīng)力(MPa)第二十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五七．注意事項(xiàng)

1．接通電源后，按SELE鍵3秒鐘后出現(xiàn)roff，然后鍵入^鍵3秒鐘出現(xiàn)RUN，然后再按一下SELE鍵，爐子開始升溫。2．如果沒有走紙記錄儀，可于爐子開始升溫后于40°C開始每隔2°C記錄數(shù)