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1、动态热机械分析仪DMA原理及方法PPT_PPTOKPPT内容这是动态热机械分析仪DMA原理及方法PPT，主要介绍了聚合物的玻璃态、高弹态及粘流态；高聚物性能与时间的关系；材料粘弹性的概念，欢迎点击下载。第4页DMA的理论基础是聚合物的粘弹性，因而我们首先讨论聚合物的粘弹性：一、高聚物力学性能的主要特点物质按其中分子(或原子、离子)排列的有序性，可分为晶态、液态和气态。在晶态中，分子的排列具有三维远程有序;在液态中，分子的排列只要近程有序而无远程有序;在气态中，分子的排列既无远程有序也无近程有序。此外，在晶态与液态之间还有一种过渡态-液晶态。这些状态称为物质分子的各种凝聚态。DMA研究生4第5页
2、物质按其体积与形状的稳定性，分为固体、液体和气体。固体具有一定的体积和形状液体具有一定的体积但无一定的形状气体无一定的体积又无一定的形状这些状态称为物质的各种力学状态。DMA研究生5第6页聚合物也具有上述所有状态。但需指出的是：除分子量不高的低聚物能处于气态之外，分子量足够高的高聚物者，不存在气态;并非所有的高分子都能结晶，一些分子链构造缺乏规整性的高分子，缺乏结晶能力，因此只能以非晶态存在;分子链构造规整具有结晶能力的高分子，结晶一般也不完善，通常总是以部分结晶的形式，即晶相与非晶相共存的形式存在。DMA研究生6第7页二、聚合物的玻璃态、高弹态及粘流态1、玻璃态：物质处于晶态时肯定是固体，处
3、于非晶态时可能是固体，可以能是液体。很多非晶态塑料在室温下处于液态构造的固体;从分子凝聚态来看，分子排列只要近程有序而无远程有序，应属液态构造;而从力学状态看，具有一定的体积与形状，又属固体。玻璃态的普弹性：固体材料如金属、陶瓷(包括玻璃)等，在力学性能上有一个共性，那就是具有弹性。在外力作用下立即发生形变，外力除去后，形变立即回复，形变对外力的响应是霎时的，如下列图所示DMA研究生7第8页这种弹性形变很小，例如，小于1%形变较大时，金属材料可能发生不可回复的塑性变形，陶瓷材料可能发生脆性断裂。高聚物固体材料在小形变下也具有上述弹性。这种普遍存在的弹性称为普弹性。DMA研究生8第10页橡胶弹性
4、的热力学驱动力是体系自发趋向于熵最大的状态对于碳-碳高分子链，从不受外力作用时的卷曲状态到外力作用下完全伸直的状态，伸长比近似地正比于N1/2，N是该高分子主链上包含的单键数。对高分子而言，N是一个远远超过100的值，因而高弹形变可高达百分之几百或更大。这种高弹形变的机理与普弹形变的机理完全不同，普弹形变主要是应力引起原子或离子间键长、键角的变化所致，如下列图(b)DMA研究生10第11页3、粘流态高聚物在流动温度或熔点以上转变为液体，也常称之为熔体或粘流体。液体的共性是能够流动。流动，从分子运动的角度看，是分子在外力作用方向上发生了相对迁移;从形变的角度看，是发生了不可回复的塑性形变。流动的
5、难易程度用粘度来衡量，它表征分子间发生相对迁移所需克制摩擦力的大小。DMA研究生11第12页高聚物熔体具有不同于小分子液体的很多特点在外力作用下，高聚物熔体除了会发生不可回复塑性形变外，还不可避免地同时产生弹性形变。高聚物熔体从圆柱状口模孔中挤出时，构成的料条直径可能比孔径大，如橡胶入孔时变细，出孔时因形变回复而又变粗一样。受搅拌棒搅拌时，熔体沿棒壁上爬;快速挤出时，型材发生畸变等现象也是熔体中含有弹性的表现这类现象统称为高聚物的粘性中带有弹性。高聚物在力学性能上的最大特点是高弹性与粘弹性。DMA研究生12第13页三、高聚物性能与时间的关系进一步研究高聚物的力学性能，发现它们的性能与时间有关。
6、所谓与时间有关，是指同一种高聚物材料的力学性能，如刚度、强度、韧性、阻尼等，都会随试验频率、升温速率、观察时间等时间因素的变化而发生明显的变化。有机玻璃在常温下快速拉伸时，是典型的脆性材料，而在慢速拉伸时，能够屈从并在屈从后继续，产生很大的形变，这种形变外表上似是塑性形变，本质上却是高弹形变。橡胶材料，在低频应力作用下表现得柔软而富弹性，但在高频作用下，会变得相当刚硬。这类弹性随时间变化，统称为高聚物弹性中带有一定的粘性。DMA研究生13第14页四、材料粘弹性的概念1、理想弹性体的弹性服从虎克定律即应力正比于应变，比例系数为弹性模量，而且应力应变的响应是霎时的;2、理想粘性体的粘性服从牛顿定律
7、即应力正比于应变速率，比例系数为粘度应变与时间的关系，能够表示为：即在恒定应力作用下，应变随时间线性地增长DMA研究生14第15页理想弹性体的力学行为能够用弹簧模拟，如下列图a理想粘性体的力学行为能够用粘壶模拟，如下列图b3、粘弹性材料粘弹性材料的力学行为既不服从虎克定律，也不服从牛顿定律，而是介于两者之间应力同时依靠于应变与应变速率假如粘弹件是理想弹性与理想粘性的线性叠加，则称为线性粘弹性其行为能够用弹簧与粘壶的并联或串联的各种组合来模拟。Maxwell和Kelvin是最简单的两种组合形式，如下列图c和图dDMA研究生15第16页弹簧、粘壶、Maxwell和Kelvin模型：DMA研究生16
8、第17页假如将如图1-18(a)所示的应力分别施加到弹簧、粘壶和Kelvin三种模型上，其应交响应如图l-18(b)，(c)和(d)所示。DMA研究生17第18页4、力学响应及解释在恒定应力作用下，理想弹性体的应变不随时间而变化理想粘性体的应变随时间线性增长而粘弹体的应变随时间作非线性变化应力除去后，理想弹性体的应变立即回复理想粘性体的应变保持不变，即完全不可回复而粘弹体的应变随时间逐步且部分地回复DMA研究生18第19页这是由于当弹性体遭到外力作用时，它能将外力对它做的功全部以弹性能的形式储存起来;外力一旦除去，弹性体就通过弹性能的释放使应变立即全部回复。对于理想粘性体来讲，外力对它做的功将
9、全部消耗于克制分子之间的摩擦力以实现分子间的相对迁移，即外力做的功全部以热的形式消耗掉了，因而外力除去后，应变完全不可回复。粘弹体，则由于它既有弹性又有粘性，所以外力对它所做功中一部分将以弹性能的形式储存起来，另一部分又以热的形式消耗掉。外力除去后、弹性形变部分可回复，粘性形变部分不可回复。DMA研究生19第20页高聚物是典型的粘弹性材料。这种粘弹性表如今一切力学行为中。但通常把蠕变、应力松弛和动态条件下的阻尼看成是最典型的三种表现形式。蠕变是指物体在一定温度和恒定应力作用下应变随时间逐步增大的现象。它决定制品尺寸与形状的稳定性。DMA研究生20第21页应力松弛是在一定温度下维持物体恒定应变所
10、需的应力随时间逐步衰减的现象(如下列图)。对于密封用制件来讲，为保证其密封寿命，希望它的应力松弛越慢越好;但在制品的成型经过中，为减少制品中的残余内应力、则希望在制品加工中应力松弛得越快越好。DMA研究生21第22页滞后现象：高聚物在交变力作用下，形变落后于应力变化的现象解释：链段在运动时要遭到内摩擦力的作用，当外力变化时链段的运动还跟不上外力的变化，形变落后于应力，有一个相位差，相位差越大，讲明链段运动愈困难，愈是跟不上外力的变化。五、动态粘弹性的应用动态粘弹性现象对高聚物构造比拟敏感利用动态粘弹性可研究：高聚物的玻璃化转变高聚物的支化、结晶和交联高聚物的次级松弛等DMA研究生22第23页1
11、、应用概述高聚物及其复合材料这类粘弹性材料，很多性能参数都与温度、频率、时间、应力、应变和有关。从实用观点出发，高聚物零部件在很多实际应用中常受动态交变载荷作用，如车辆轮胎在转动中;塑料齿轮在传动中;减振阻尼材料在吸振中。高聚物材料作为刚性构造材料使用时，希望材料行足够的弹性刚度，以保持其形状的稳定性，同时又希望材料有一定的粘性，以避免脆性毁坏。而作为减振或隔声等阻尼材料使用时，除了希望它们有足够的粘性外，减振效果还与弹性成分有关。DMA研究生23相关PPT常用机械加工方法PPT：这是常用机械加工方法PPT，主要介绍了车削；钻削钻孔；镗削；刨削；拉削；铣削；磨削，欢迎点击下载。医用卷棉机的机械系统设计方案PPT课件：这是医用卷棉机的机械系统设计方案PPT课件，主要介绍了设计要求；可用机构选用；卷棉机的运动系统机构选型；设计方案；运动流程；卷棉机构设计，欢迎点击下载。力士乐工程机械液压培训资料003ppt课件：这是力士乐工程机械液压培训资料003ppt课件下载，主要介绍了应用；产品型号；传动原理；构造特点；应用；维护保养，欢迎点击下载。