《热分析DMA学习教案.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热分析DMA学习教案.pptx（90页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学1热分析热分析(fnx)DMA第一页，共90页。1.1.线膨胀系数线膨胀系数线膨胀系数线膨胀系数定义：温度升高一度（定义：温度升高一度（定义：温度升高一度（定义：温度升高一度（）时，沿试样某一方向上的相对伸长（或收）时，沿试样某一方向上的相对伸长（或收）时，沿试样某一方向上的相对伸长（或收）时，沿试样某一方向上的相对伸长（或收缩缩缩缩(shu su)(shu su)）量，）量，）量，）量，测定方法测定方法测定方法测定方法无相变时：无相变时：无相变时：无相变时：T1L1T1L1，T2L2T2L2；L0L0L1L1T1T2T1T2的选择：的选择：的选择：的选择：-30-303030（美）；室
2、温（美）；室温（美）；室温（美）；室温8080（日）（日）（日）（日）0 04040（中）（中）（中）（中）注意：要求测试温度范围内无相转变。注意：要求测试温度范围内无相转变。注意：要求测试温度范围内无相转变。注意：要求测试温度范围内无相转变。第1页/共90页第二页，共90页。TDATDA原理示意图原理示意图原理示意图原理示意图测量试样分子对热能引起的变化的响应；测量试样分子对热能引起的变化的响应；测量试样分子对热能引起的变化的响应；测量试样分子对热能引起的变化的响应；晶体结构、晶格振动及物理晶体结构、晶格振动及物理晶体结构、晶格振动及物理晶体结构、晶格振动及物理(wl)(wl)和化学状态和化
3、学状态和化学状态和化学状态的改变的改变的改变的改变热膨胀曲线热膨胀曲线热膨胀曲线热膨胀曲线 PS:PS:真空，真空，真空，真空，5 5/min/minT/L/mTg=100第2页/共90页第三页，共90页。2.2.体膨胀系数体膨胀系数体膨胀系数体膨胀系数定义：温度升高一度（定义：温度升高一度（定义：温度升高一度（定义：温度升高一度（）时，试样）时，试样）时，试样）时，试样(sh yn)(sh yn)体积膨胀（或收缩）的相对量，体积膨胀（或收缩）的相对量，体积膨胀（或收缩）的相对量，体积膨胀（或收缩）的相对量，式中：式中：式中：式中：体膨胀系数；体膨胀系数；体膨胀系数；体膨胀系数；V0V0起始温
4、度下的原始体积；起始温度下的原始体积；起始温度下的原始体积；起始温度下的原始体积；VV试样试样试样试样(sh yn)(sh yn)在温差在温差在温差在温差T T下的体积变化量下的体积变化量下的体积变化量下的体积变化量 TT试验温度差试验温度差试验温度差试验温度差第3页/共90页第四页，共90页。热机械热机械热机械热机械(jxi)(jxi)分析（分析（分析（分析（TMATMA）1.1.定义：在程序控温下，测量物质在非振动负荷下的形变与温度关系定义：在程序控温下，测量物质在非振动负荷下的形变与温度关系定义：在程序控温下，测量物质在非振动负荷下的形变与温度关系定义：在程序控温下，测量物质在非振动负荷
5、下的形变与温度关系(gun x)(gun x)的技术。的技术。的技术。的技术。负荷方式：拉伸、压缩、弯曲、扭转和针入等负荷方式：拉伸、压缩、弯曲、扭转和针入等负荷方式：拉伸、压缩、弯曲、扭转和针入等负荷方式：拉伸、压缩、弯曲、扭转和针入等2.2.测试原理测试原理测试原理测试原理与线膨胀测量相似，差别在于与线膨胀测量相似，差别在于与线膨胀测量相似，差别在于与线膨胀测量相似，差别在于TMATMA必须施加或多或少的静态外力；必须施加或多或少的静态外力；必须施加或多或少的静态外力；必须施加或多或少的静态外力；TMATMA的响应是膨胀行为和粘弹效应的加和的响应是膨胀行为和粘弹效应的加和的响应是膨胀行为和
6、粘弹效应的加和的响应是膨胀行为和粘弹效应的加和第4页/共90页第五页，共90页。电炉电炉(dinl)样品样品(yngpn)探头探头(tn tu)热电偶热电偶位置信号位置信号负荷负荷线性位移传感器线性位移传感器TMA基本装置基本装置第5页/共90页第六页，共90页。压缩压缩(y su)压入压入半球压入半球压入膨胀膨胀(png zhng)弯曲弯曲(wnq)拉伸拉伸工工作作模模式式第6页/共90页第七页，共90页。样品样品模式模式测定量测定量依赖性依赖性所获信息所获信息整块样品整块样品平探头平探头/小负小负荷荷膨胀膨胀温度温度热胀系数，热胀系数，T Tg g分散样品分散样品膨胀膨胀体积变化体积变化温
7、度温度热胀系数，热胀系数，T Tg g薄膜薄膜压入压入/大负荷大负荷压入深度压入深度外力外力模量，交联密度模量，交联密度时间时间蠕变，固化过程蠕变，固化过程温度温度软化温度，软化温度，T Tg g纤维或薄膜纤维或薄膜拉伸拉伸单向拉伸单向拉伸或收缩或收缩外力外力模量，交联密度模量，交联密度时间时间蠕变，固化过程蠕变，固化过程温度温度T Tg g,熔点熔点,固化过程固化过程液体液体平板平板距离距离时间时间粘度粘度,凝胶点凝胶点温度温度熔融熔融,粘度粘度,凝胶点凝胶点支撑样品支撑样品弯曲弯曲弯曲量弯曲量时间时间蠕变蠕变温度温度软化温度，软化温度，T Tg g，熔点，熔点第7页/共90页第八页，共90
8、页。温度温度(wnd)(C)尺寸尺寸(ch cun)变化变化(m)0-500-5000-1500-2000-2500-30000 50 100 150 200 250 300 35031.18C156.62 C228.71 C265.26 C319.84 C TMA的温度的温度(wnd)校正校正铟铟锡锡铅铅第8页/共90页第九页，共90页。高交联度、高填充量、共混材料链段运动高交联度、高填充量、共混材料链段运动(yndng)受限，受限，TMA测定比测定比DSC灵敏度高得多灵敏度高得多涂层的涂层的Tg用用TMA测定非常测定非常(fichng)方便方便1 1、玻璃化转变温度、玻璃化转变温度、玻璃化
9、转变温度、玻璃化转变温度(wnd)(wnd)测定测定测定测定第9页/共90页第十页，共90页。LT/Tg 99Tf172聚甲基丙烯酸甲酯的温度聚甲基丙烯酸甲酯的温度-形变形变(xngbin)曲线曲线高分子材料在玻璃化转变区，高分子材料在玻璃化转变区，由于分子链段的松弛，使其由于分子链段的松弛，使其膨胀系数出现转变，即高分膨胀系数出现转变，即高分子在子在Tg以下时，链段运动以下时，链段运动被冻结，热膨胀主要客服分被冻结，热膨胀主要客服分子间的次价力，膨胀系数很子间的次价力，膨胀系数很小；当温度升到小；当温度升到Tg时，链时，链段开始运动，同时分子链本段开始运动，同时分子链本身链段的扩散运动也发生
10、膨身链段的扩散运动也发生膨胀，因而膨胀系数较大胀，因而膨胀系数较大(jio d)。在。在Tg前后热膨前后热膨胀曲线斜率发生转折突变，胀曲线斜率发生转折突变，得到拐点，就是玻璃化转变得到拐点，就是玻璃化转变温度。温度。第10页/共90页第十一页，共90页。聚苯乙烯的线膨胀曲线聚苯乙烯的线膨胀曲线(qxin)第11页/共90页第十二页，共90页。测定测定(cdng)刹车片刹车片的的Tg膨胀膨胀(png zhng)量量TMA measurement of Tg of brake linings Expansion modeTg=85 C failedTg=93 C passed25 Temperat
11、ure(C)150高交联度高交联度第12页/共90页第十三页，共90页。测定测定(cdng)环氧印刷线路板的环氧印刷线路板的Tg膨胀膨胀(png zhng)量量Tg=121 C30 Temperature(C)200高填充高填充(tinchng)第13页/共90页第十四页，共90页。温度温度(wnd)(C)加热加热(ji r)冷却冷却(lngqu)尺寸变化尺寸变化(m)10080604020020 40 60 80 100 120 140环氧在略低于环氧在略低于Tg处处aging，样品收缩。加热通过，样品收缩。加热通过Tg发生膨胀发生膨胀(粉线粉线)，再冷，再冷却至却至Tg以下则处于非以下则处
12、于非aging态，由此测定态，由此测定aging 的收缩量的收缩量TgTg测定物理老化测定物理老化第14页/共90页第十五页，共90页。压入模式测定压入模式测定(cdng)导线双层涂层导线双层涂层的的Tg压入量压入量TMA measurement of Tgs of electrical coil wireTg1=121 CTg2=176 CDecomposition25 Temperature(C)300第15页/共90页第十六页，共90页。压入模式测定交联与非交联压入模式测定交联与非交联PE的软化的软化(runhu)行为行为压入量压入量With CrosslinkingNo Crossli
13、nking2、聚合物中多种行为、聚合物中多种行为(xngwi)观察观察第16页/共90页第十七页，共90页。LT/PE 线膨胀系数线膨胀系数(png zhng xsh)（压缩）（压缩）HDPELDPE高密度聚乙烯在高密度聚乙烯在100出现熔融出现熔融(rngrng)，而低密度聚乙烯在，而低密度聚乙烯在5080范围内显示出收缩现象范围内显示出收缩现象，说明在此温度区间内有结晶产生，说明在此温度区间内有结晶产生，过了此温度后开始熔化。过了此温度后开始熔化。第17页/共90页第十八页，共90页。拉伸模式观察拉伸模式观察(gunch)双向拉伸双向拉伸PE加热加热过程过程拉伸拉伸(l shn)量量25
14、Temperature(C)150Transverse directionMachine direction第18页/共90页第十九页，共90页。MDTDTDMD双向拉伸双向拉伸(l shn)第19页/共90页第二十页，共90页。压缩压缩(y su)模式观察模式观察PE熔点与发泡过程熔点与发泡过程压缩压缩(y su)量量Softening(Melting)Foaming40 Temperature(C)180第20页/共90页第二十一页，共90页。拉伸模式拉伸模式(msh)观察观察PET的冷结晶的冷结晶拉伸拉伸(l shn)量量MeltCold crystallizationTg25 Temp
15、erature(C)275第21页/共90页第二十二页，共90页。LT/温度温度(wnd)-(wnd)-弯曲形变曲线（弯曲法）弯曲形变曲线（弯曲法）PCHDPELDPEPVC采用采用(ciyng)挠曲探头，将矩形试样在中心处施加负荷进行弯曲试验。挠曲探头，将矩形试样在中心处施加负荷进行弯曲试验。聚碳酸酯的弯曲形变温度几乎接近于它的玻璃化转变温度聚碳酸酯的弯曲形变温度几乎接近于它的玻璃化转变温度Tg。高密度聚乙烯和低密度聚乙烯由于其熔化而逐渐变形，弯曲变形温度分高密度聚乙烯和低密度聚乙烯由于其熔化而逐渐变形，弯曲变形温度分别为别为108和和70。聚氯乙烯的弯曲形变温度为聚氯乙烯的弯曲形变温度为6
16、3，接近其玻璃化转变温度，接近其玻璃化转变温度Tg，迅速变形，迅速变形下降。下降。第22页/共90页第二十三页，共90页。LT/温度温度-拉伸形变拉伸形变(xngbin)曲线（拉伸法）曲线（拉伸法）硬硬PVCLDPE苯丙共聚苯丙共聚(gngj)纤维素纤维素第23页/共90页第二十四页，共90页。VT/天然橡胶天然橡胶(tinrnxingjio)体膨胀曲线（膨胀法）体膨胀曲线（膨胀法）Tg Tm Tg 结晶结晶(jijng)高聚高聚物物非晶高聚物非晶高聚物测定非晶高聚物的测定非晶高聚物的Tg及结晶及结晶(jijng)高聚物高聚物的熔点。的熔点。第24页/共90页第二十五页，共90页。X1 0.0
17、00min X2 9795.150 min Y1 2.173 mmY2 2.161mm Y -0.012 mm2.174 2.173 2.172 2.171 2.170 2.169 2.168 2.167 2.166 2.165 2.164 2.1632.1622.1612.1600 2000 4000 6000 8000 10000Time(min)Expansion(mm)研究水份对尺寸研究水份对尺寸研究水份对尺寸研究水份对尺寸(ch(ch cun)cun)的影响的影响的影响的影响聚酮：一氧化碳、乙烯与少量聚酮：一氧化碳、乙烯与少量(sholing)丙烯的共聚物丙烯的共聚物室温室温(sh
18、wn)CH2-CH2OC=CH2-CH2OC=CH2-CHOC=CH3第25页/共90页第二十六页，共90页。饱和浸水饱和浸水(jn shu)聚合物厚度与干燥聚合物厚度与干燥时间的关系时间的关系(TMA,N2 atmosphere,22C)Sample thickness%nylon 66polyketoneWater content：6.12 wt%Water content：0.00 wt%Watercontent:0.96 wt%Water content：2.35 wt%2.70 2.40 2.10 1.80 1.50 1.20 0.90 0.60 0.30 0.000 200 400
19、 600 800 1000 1200 1400 1600 1800(ts(1/2)第26页/共90页第二十七页，共90页。温度温度(wnd)(C)1.5401.5351.5301.5251.5201.5151.5101.5051.5001.54431.4945 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200X=121.775 CY=1.5052mm热胀系数热胀系数(xsh)=50.5089E 6/C热胀系数热胀系数(xsh)=270.7490E 6/C二次加热二次加热一次加热一次加热探头位置探头位置(mm)先消除残余应力的作用先消除残余应力的作用环氧印刷线路板环氧印刷线
20、路板3、热胀系数测定、热胀系数测定第27页/共90页第二十八页，共90页。50 25 0 25 50 75 100 125 1502.332.322.312.302.292.282.272.262.252.242.23样品样品(yngpn)初始尺寸：初始尺寸：2.313mm1.加热加热(ji r)2.冷却冷却(lngqu)温度温度(C)尺寸尺寸(mm)填充聚酮的热胀系数测定填充聚酮的热胀系数测定3.加热加热第28页/共90页第二十九页，共90页。从热胀系数研究填充物对各向异性从热胀系数研究填充物对各向异性从热胀系数研究填充物对各向异性从热胀系数研究填充物对各向异性(xinxin y xn y
21、xn)的影响的影响的影响的影响无填充无填充(tinchng)树脂树脂20C时的热胀系数时的热胀系数1.11E 4 0.02E-4 K 1,x-direction1.09E 4 0.02E-4 K 1,y-direction1.09E 4 0.02E-4 K 1,z-direction1.02E 4 K 1,crystallinity 54 wt%1.10E 4 K 1,crystallinity 44 wt%1.16E 4 K 1,crystallinity 36 wt%各向同性(xin tn xn)热胀系数受结晶度的影响热胀系数受结晶度的影响(三维平均三维平均)：第29页/共90页第三十页，
22、共90页。filler type30 wt%最长方向尺寸最长方向尺寸平均值平均值(m)x/y-方向平均热胀方向平均热胀系数系数at 20 C,K 1z-方向热胀系数方向热胀系数at20 C,K 1CaCO31.58.7 E 59.4 E 5kaolin28.2 E 51.1 E 4wollastonite408.1 E 51.1 E 4mica20807.5 E 56.0 E 51.2 E 41.5 E 4short glassfibres1251504.7 E 55.7 E 51.6 E 41.6 E 4long glassfibres70003.3 E 51.9 E 4填充后呈现填充后呈现
23、(chngxin)各向异性各向异性第30页/共90页第三十一页，共90页。聚苯硫醚与聚苯硫醚与Vectra共混物注射样品共混物注射样品(yngpn)的热胀系数的热胀系数 105(C 1)0 20 40 60 80 1001086420 2Vectra vol%第31页/共90页第三十二页，共90页。例：利用上图数据计算含例：利用上图数据计算含 Vectra 0%、40%、80%的共混物的的共混物的体积体积(tj)热胀系数热胀系数 解：线性热胀系数与体积解：线性热胀系数与体积(tj)热胀系数的关系：热胀系数的关系：各向同性各向同性(xin tn xn)：第32页/共90页第三十三页，共90页。得
24、到下列得到下列(xili)数值：数值：Vectra 含量含量(%)|V06.5 10 56.5 10 519.5 10 5402 10 56.6 10 515.2 10 580 0.2 10 57.5 10 514.8 10 5100 0.1 10 58.0 10 515.0 10 5第33页/共90页第三十四页，共90页。动态热机械动态热机械动态热机械动态热机械(jxi)(jxi)分析分析分析分析n n在程序控制温度下在程序控制温度下,测量物质在振动负荷下测量物质在振动负荷下的动态模量（刚性）和的动态模量（刚性）和(或或)力学力学(l xu)损损耗（能量耗损）与温度的关系的技术。耗（能量耗损
25、）与温度的关系的技术。(A technique in which the dynamic modulus and/or damping of a substance under oscillatory load is measured as a function of temperature whilst the substance is subjected to a controlled temperature programme.)第34页/共90页第三十五页，共90页。n nDMADMA测量系统可以根据不同试样尺寸和特性而选择三点弯曲、压测量系统可以根据不同试样尺寸和特性而选择三点弯曲、
26、压测量系统可以根据不同试样尺寸和特性而选择三点弯曲、压测量系统可以根据不同试样尺寸和特性而选择三点弯曲、压缩、拉伸、剪切、扭转、平行板、环行抽动、双悬臂梁和单悬臂缩、拉伸、剪切、扭转、平行板、环行抽动、双悬臂梁和单悬臂缩、拉伸、剪切、扭转、平行板、环行抽动、双悬臂梁和单悬臂缩、拉伸、剪切、扭转、平行板、环行抽动、双悬臂梁和单悬臂梁等多种测量方式，每种测试方式又有定应力和定应变两种模式。梁等多种测量方式，每种测试方式又有定应力和定应变两种模式。梁等多种测量方式，每种测试方式又有定应力和定应变两种模式。梁等多种测量方式，每种测试方式又有定应力和定应变两种模式。n n对于容易成型的橡胶、塑料、纤维等
27、固体高聚物样品对于容易成型的橡胶、塑料、纤维等固体高聚物样品对于容易成型的橡胶、塑料、纤维等固体高聚物样品对于容易成型的橡胶、塑料、纤维等固体高聚物样品(yngpn)(yngpn)，常采用强迫非共振法、扭摆法测量；常采用强迫非共振法、扭摆法测量；常采用强迫非共振法、扭摆法测量；常采用强迫非共振法、扭摆法测量；n n对不易成型的高聚物熔体或粘性溶液等常将样品对不易成型的高聚物熔体或粘性溶液等常将样品对不易成型的高聚物熔体或粘性溶液等常将样品对不易成型的高聚物熔体或粘性溶液等常将样品(yngpn)(yngpn)浸渍于浸渍于浸渍于浸渍于扭辫仪的辫子上，采用自由振动的方法进行测试。扭辫仪的辫子上，采用
28、自由振动的方法进行测试。扭辫仪的辫子上，采用自由振动的方法进行测试。扭辫仪的辫子上，采用自由振动的方法进行测试。第35页/共90页第三十六页，共90页。n n（1 1）动态力学测量分析的基本原理）动态力学测量分析的基本原理）动态力学测量分析的基本原理）动态力学测量分析的基本原理n n试样分子结构试样分子结构试样分子结构试样分子结构(fn z ji u)(fn z ji u)中弹性部分形变后能瞬中弹性部分形变后能瞬中弹性部分形变后能瞬中弹性部分形变后能瞬间恢复间恢复间恢复间恢复以位能形式贮存在试样中，没有损失。以位能形式贮存在试样中，没有损失。以位能形式贮存在试样中，没有损失。以位能形式贮存在试
29、样中，没有损失。n n弹性响应：弹性响应：弹性响应：弹性响应：Hookes law:=EHookes law:=En n：应力：应力：应力：应力n n：应变：应变：应变：应变n n E E：弹性模量：弹性模量：弹性模量：弹性模量第36页/共90页第三十七页，共90页。n n试样分子结构中粘性部分形变时试样分子结构中粘性部分形变时造成分子间的内摩擦使材料生热造成分子间的内摩擦使材料生热形变时以热的形式消耗掉。形变时以热的形式消耗掉。n n粘性响应：粘性响应：Newtons law:=(d/dt)n n：应力：应力n n：应变：应变n nd/dt:应变速率应变速率(sl)n n：粘度：粘度n n高
30、分子材料受到一个正弦变化的高分子材料受到一个正弦变化的应变应变n n =0sint第37页/共90页第三十八页，共90页。n n产生的应力滞后一个产生的应力滞后一个产生的应力滞后一个产生的应力滞后一个(y)(y)相位角相位角相位角相位角：n n =0sint =0sintn n=0sin(t+)=0sin(t+)n n相位滞后起因于材料分子来不及松弛相位滞后起因于材料分子来不及松弛相位滞后起因于材料分子来不及松弛相位滞后起因于材料分子来不及松弛n n00周期变化应变最大值；周期变化应变最大值；周期变化应变最大值；周期变化应变最大值；n n 0 0周期变化应力最大值；周期变化应力最大值；周期变化
31、应力最大值；周期变化应力最大值；n n角频率；角频率；角频率；角频率；n ntt相位角相位角相位角相位角n n应力和应变相位角的差值应力和应变相位角的差值应力和应变相位角的差值应力和应变相位角的差值第38页/共90页第三十九页，共90页。应力应力(yngl)应变和频率的关系应变和频率的关系第39页/共90页第四十页，共90页。n n E E与应变同相的模量称实模量，反映储能大小与应变同相的模量称实模量，反映储能大小(dxio)(dxio)；n nEE与应变异相的模量称虚模量，反映耗能大小与应变异相的模量称虚模量，反映耗能大小(dxio)(dxio)。第40页/共90页第四十一页，共90页。各参
32、数各参数(cnsh)之间关之间关系系式中式中tan力学力学(l xu)损耗正切角或称耗能因子损耗正切角或称耗能因子 值反映值反映(fnyng)高聚物的内耗，高聚物的内耗，愈愈大意味着高聚物分大意味着高聚物分子链段在运动时受子链段在运动时受到的内摩擦愈大，到的内摩擦愈大，链段的运动越跟不链段的运动越跟不上外力的变化，即上外力的变化，即滞后严重。滞后严重。第41页/共90页第四十二页，共90页。n n高聚物内耗的影响因素高聚物内耗的影响因素:n n高聚物内耗的大小与分子的本高聚物内耗的大小与分子的本身结构有关，一般柔性分子滞身结构有关，一般柔性分子滞后较大，刚性分子滞后较小。后较大，刚性分子滞后较
33、小。高聚物分子上具有较大或极性高聚物分子上具有较大或极性的取代基时，会产生较大的内的取代基时，会产生较大的内耗，因为这些基团可增加运动耗，因为这些基团可增加运动时的内摩擦。时的内摩擦。n n内耗的大小与温度有关，在低内耗的大小与温度有关，在低于于Tg较远的温度下，高聚物受较远的温度下，高聚物受外力作用外力作用(wi l zu yn)，形，形变很少，形变速率很快，变很少，形变速率很快，很很小，即内耗很少。温度升高，小，即内耗很少。温度升高，链段开始运动，摩擦阻力大，链段开始运动，摩擦阻力大，内耗也增大。温度高于内耗也增大。温度高于Tg时，时，链段运动自由，链段运动自由，因而较小，因而较小，内耗也
34、减小。内耗也减小。n n在固定频率下，在固定频率下，tan对温度对温度（T）作图得到力学损耗温度谱）作图得到力学损耗温度谱（tanT曲线），一般含有多曲线），一般含有多个内耗峰。个内耗峰。第42页/共90页第四十三页，共90页。n n在固定温度在固定温度(wnd)的情况下，的情况下，得到力学损耗频率谱（得到力学损耗频率谱（tan 曲线）。当频率（曲线）。当频率（）很低时，）很低时，高聚物中链段运动与外力变化高聚物中链段运动与外力变化同步，内耗很小，高聚物表现同步，内耗很小，高聚物表现出橡胶的高弹性。出橡胶的高弹性。n n在频率很高时，链段运动完全在频率很高时，链段运动完全跟不上外力的变化，内耗
35、也很跟不上外力的变化，内耗也很小，高聚物呈刚性，表现出玻小，高聚物呈刚性，表现出玻璃态力学性质；璃态力学性质；n n只有在中间频率时，链段运动只有在中间频率时，链段运动向对于外力变化略有滞后，内向对于外力变化略有滞后，内耗在一定频率范围内出现峰值，耗在一定频率范围内出现峰值，粘弹性表现十分明显。粘弹性表现十分明显。第43页/共90页第四十四页，共90页。n n式中式中式中式中*用复数形式表示用复数形式表示用复数形式表示用复数形式表示(biosh)(biosh)的正弦应力的正弦应力的正弦应力的正弦应力第44页/共90页第四十五页，共90页。F三点三点(sn din)弯曲弯曲第45页/共90页第四
36、十六页，共90页。F双悬臂梁双悬臂梁第46页/共90页第四十七页，共90页。F单悬臂梁单悬臂梁第47页/共90页第四十八页，共90页。F纤维纤维(xinwi)延伸延伸第48页/共90页第四十九页，共90页。F薄膜延伸薄膜延伸(ynshn)第49页/共90页第五十页，共90页。F平行平行(pngxng)板板第50页/共90页第五十一页，共90页。典型典型(dinxng)非晶态聚合物的温度谱非晶态聚合物的温度谱第51页/共90页第五十二页，共90页。n n玻璃态模量玻璃态模量110GPa 高弹态模高弹态模量量10MPan n玻璃化转变区：模量急剧下降，玻璃化转变区：模量急剧下降，tan急剧增大并出
37、现极大值后再急剧增大并出现极大值后再迅速迅速(xn s)下降。下降。n n玻璃态：玻璃态：ET曲线上可能出现曲线上可能出现数个较小的台阶数个较小的台阶n n E”T曲线、曲线、tanT曲线出现曲线出现数个较小的峰数个较小的峰 对应于次级转变对应于次级转变（、转变）转变）第52页/共90页第五十三页，共90页。n n 转变转变转变转变(zhunbin)(zhunbin)杂链高分子中含杂原子的部分（如聚杂链高分子中含杂原子的部分（如聚杂链高分子中含杂原子的部分（如聚杂链高分子中含杂原子的部分（如聚碳酸酯主链上的碳酸酯主链上的碳酸酯主链上的碳酸酯主链上的OCOOOCOO，聚酰胺主链上的，聚酰胺主链上
38、的，聚酰胺主链上的，聚酰胺主链上的CONHCONH，聚砜主链上的，聚砜主链上的，聚砜主链上的，聚砜主链上的SO2SO2）的局部运动，较大）的局部运动，较大）的局部运动，较大）的局部运动，较大的侧基（如聚甲基丙烯酸甲酯上的侧酯基）的局部运动，的侧基（如聚甲基丙烯酸甲酯上的侧酯基）的局部运动，的侧基（如聚甲基丙烯酸甲酯上的侧酯基）的局部运动，的侧基（如聚甲基丙烯酸甲酯上的侧酯基）的局部运动，主链上主链上主链上主链上3 3个或个或个或个或4 4个以上亚甲基链的曲柄运动个以上亚甲基链的曲柄运动个以上亚甲基链的曲柄运动个以上亚甲基链的曲柄运动n n 转变转变转变转变(zhunbin)(zhunbin)往
39、往与那些与主链相连体积较小的基往往与那些与主链相连体积较小的基往往与那些与主链相连体积较小的基往往与那些与主链相连体积较小的基团如团如团如团如-甲基的局部内旋转有关甲基的局部内旋转有关甲基的局部内旋转有关甲基的局部内旋转有关n n 转变转变转变转变(zhunbin)(zhunbin)与另一些侧基（如聚苯乙烯中的苯基，与另一些侧基（如聚苯乙烯中的苯基，与另一些侧基（如聚苯乙烯中的苯基，与另一些侧基（如聚苯乙烯中的苯基，聚甲基丙烯酸甲酯中酯基内的甲基）的局部扭转运动有关聚甲基丙烯酸甲酯中酯基内的甲基）的局部扭转运动有关聚甲基丙烯酸甲酯中酯基内的甲基）的局部扭转运动有关聚甲基丙烯酸甲酯中酯基内的甲基
40、）的局部扭转运动有关第53页/共90页第五十四页，共90页。n nTTf 进入粘流态，储能模量、进入粘流态，储能模量、动态粘度动态粘度(zhn d)（10106Pas）急剧下降，）急剧下降，tan急剧上升，趋向于无穷大急剧上升，趋向于无穷大第54页/共90页第五十五页，共90页。n n结晶(jijng)聚合物的DMA温度谱第55页/共90页第五十六页，共90页。n n 部分结晶聚合物的储能模量介于晶相储能模量和部分结晶聚合物的储能模量介于晶相储能模量和部分结晶聚合物的储能模量介于晶相储能模量和部分结晶聚合物的储能模量介于晶相储能模量和非晶相储能模量之间。由于晶相储能模量高于非晶相非晶相储能模量
41、之间。由于晶相储能模量高于非晶相非晶相储能模量之间。由于晶相储能模量高于非晶相非晶相储能模量之间。由于晶相储能模量高于非晶相储能模量，所以部分结晶聚合物的结晶度越高，则储储能模量，所以部分结晶聚合物的结晶度越高，则储储能模量，所以部分结晶聚合物的结晶度越高，则储储能模量，所以部分结晶聚合物的结晶度越高，则储能模量越高。能模量越高。能模量越高。能模量越高。n n 当当当当T TTgTg时，非晶相处于玻璃态，晶相处于晶态，时，非晶相处于玻璃态，晶相处于晶态，时，非晶相处于玻璃态，晶相处于晶态，时，非晶相处于玻璃态，晶相处于晶态，两相均为硬固体，结晶聚合物表现为刚性塑料，储能两相均为硬固体，结晶聚合
42、物表现为刚性塑料，储能两相均为硬固体，结晶聚合物表现为刚性塑料，储能两相均为硬固体，结晶聚合物表现为刚性塑料，储能模量高于模量高于模量高于模量高于109Pa109Pa。n n整个材料整个材料整个材料整个材料(cilio)(cilio)的储能模量受结晶度影响较小。的储能模量受结晶度影响较小。的储能模量受结晶度影响较小。的储能模量受结晶度影响较小。n n 当当当当Tg Tg T T Tm Tm时，非晶相转变为高弹态，储能时，非晶相转变为高弹态，储能时，非晶相转变为高弹态，储能时，非晶相转变为高弹态，储能模量为模量为模量为模量为106107Pa106107Pa，而晶相储能模量高于，而晶相储能模量高于
43、，而晶相储能模量高于，而晶相储能模量高于 109Pa 109Pa，整，整，整，整个塑料相当于增韧塑料。个塑料相当于增韧塑料。个塑料相当于增韧塑料。个塑料相当于增韧塑料。n n材料材料材料材料(cilio)(cilio)的储能模量受结晶度的影响很大。结的储能模量受结晶度的影响很大。结的储能模量受结晶度的影响很大。结的储能模量受结晶度的影响很大。结晶度越低，材料晶度越低，材料晶度越低，材料晶度越低，材料(cilio)(cilio)的储能模量就越小。的储能模量就越小。的储能模量就越小。的储能模量就越小。第56页/共90页第五十七页，共90页。n n TTg时，材料的储能模量明时，材料的储能模量明显跌
44、落，结晶度越低，跌落幅度显跌落，结晶度越低，跌落幅度越大。越大。n n出现损耗模量和损耗峰。出现损耗模量和损耗峰。n n TTm时，晶相熔融转变为非时，晶相熔融转变为非晶相，整个晶相，整个(zhngg)材料处于材料处于非晶态（高弹态或粘流态）。非晶态（高弹态或粘流态）。n n如果聚合物没有结晶，以非晶态如果聚合物没有结晶，以非晶态存在，就与非晶态线性高聚物一存在，就与非晶态线性高聚物一样，存在玻璃化转变温度样，存在玻璃化转变温度Tg和粘和粘流温度流温度Tf。第57页/共90页第五十八页，共90页。n n非晶态交联聚合物的DMA温度(wnd)谱第58页/共90页第五十九页，共90页。n n特点：
45、特点：特点：特点：n n 没有粘流态。没有粘流态。没有粘流态。没有粘流态。n n 随着随着随着随着(su zhe)(su zhe)交联度的增加，玻璃化转变温度提高，高交联度的增加，玻璃化转变温度提高，高交联度的增加，玻璃化转变温度提高，高交联度的增加，玻璃化转变温度提高，高弹储能模量增加，损耗峰降低。弹储能模量增加，损耗峰降低。弹储能模量增加，损耗峰降低。弹储能模量增加，损耗峰降低。n n玻璃态的模量一般在玻璃态的模量一般在玻璃态的模量一般在玻璃态的模量一般在1091091010Pa1010Pa。n n玻璃化转变区模量下降的范围：玻璃化转变区模量下降的范围：玻璃化转变区模量下降的范围：玻璃化转
46、变区模量下降的范围：n n非晶聚合物一般模量降低非晶聚合物一般模量降低非晶聚合物一般模量降低非晶聚合物一般模量降低103103104104数量级；数量级；数量级；数量级；n n结晶性聚合物，一般模量降低结晶性聚合物，一般模量降低结晶性聚合物，一般模量降低结晶性聚合物，一般模量降低101.5101.5102.5102.5个数量级；个数量级；个数量级；个数量级；n n交联聚合物，模量一般降低交联聚合物，模量一般降低交联聚合物，模量一般降低交联聚合物，模量一般降低101101102102个数量级。个数量级。个数量级。个数量级。第59页/共90页第六十页，共90页。转变转变转变转变(zhunbin)(
47、zhunbin)（主转变（主转变（主转变（主转变(zhunbin)(zhunbin)或玻璃化转变或玻璃化转变或玻璃化转变或玻璃化转变(zhunbin)(zhunbin)），反映聚合物），反映聚合物），反映聚合物），反映聚合物中无定形或非晶区部分链段由冻结到自由运动中无定形或非晶区部分链段由冻结到自由运动中无定形或非晶区部分链段由冻结到自由运动中无定形或非晶区部分链段由冻结到自由运动的转变的转变的转变的转变(zhunbin)(zhunbin)。次级转变次级转变次级转变次级转变(zhunbin)(zhunbin)反映比链段更小的运动单元（局反映比链段更小的运动单元（局反映比链段更小的运动单元（局反
48、映比链段更小的运动单元（局部侧部侧部侧部侧基、端基、极短的链节等）由冻结到自由运动基、端基、极短的链节等）由冻结到自由运动基、端基、极短的链节等）由冻结到自由运动基、端基、极短的链节等）由冻结到自由运动的转变的转变的转变的转变(zhunbin)(zhunbin)。第60页/共90页第六十一页，共90页。n n频率谱，即频率扫描模式是在恒温、恒应力频率谱，即频率扫描模式是在恒温、恒应力频率谱，即频率扫描模式是在恒温、恒应力频率谱，即频率扫描模式是在恒温、恒应力(yngl)(yngl)下，测量动态模量及损耗随频率变化下，测量动态模量及损耗随频率变化下，测量动态模量及损耗随频率变化下，测量动态模量及
49、损耗随频率变化的试验，用于研究材料力学性能与速率的依赖的试验，用于研究材料力学性能与速率的依赖的试验，用于研究材料力学性能与速率的依赖的试验，用于研究材料力学性能与速率的依赖关系。关系。关系。关系。n n当外力作用频率当外力作用频率当外力作用频率当外力作用频率 链段运动最可几频率链段运动最可几频率链段运动最可几频率链段运动最可几频率00时，时，时，时，链段基本上来不及对外力作出响应，这时材料链段基本上来不及对外力作出响应，这时材料链段基本上来不及对外力作出响应，这时材料链段基本上来不及对外力作出响应，这时材料表现为刚性即玻璃态，具有以键角变形为主对表现为刚性即玻璃态，具有以键角变形为主对表现为
50、刚性即玻璃态，具有以键角变形为主对表现为刚性即玻璃态，具有以键角变形为主对外力作出瞬间响应的普弹性，外力作出瞬间响应的普弹性，外力作出瞬间响应的普弹性，外力作出瞬间响应的普弹性，EE（）很高，）很高，）很高，）很高，EE（）和）和）和）和tantan都很小，且与频率变化关系不都很小，且与频率变化关系不都很小，且与频率变化关系不都很小，且与频率变化关系不大。大。大。大。第61页/共90页第六十二页，共90页。第62页/共90页第六十三页，共90页。n n当当当当 时，链段能自由地随外力的变化而重排，这时时，链段能自由地随外力的变化而重排，这时时，链段能自由地随外力的变化而重排，这时时，链段能自由