DMA动态力学分析.ppt

17.3.2 研究聚合物的结晶度和分子取向 图17-10 是一系列未取向的PET聚酯纤维，在不同温度下退火，保持5min后冷至室温，得到一系列不同结晶度的样品，退火温度越高，结晶度越高。 动态力学性能的测试温度不超过退火温度，否则会造成附加的结晶。 结晶度对模量稍有影响，而模量对温度的依赖性较大。 图17-10 不同结晶度的 PET 的动态模量E 随温度的变化（11Hz） 从图17-11可以看出，随着结晶度的增加，Emax下降，且E损耗模量峰的宽度一般也随着结晶度的增加而增加，峰宽增加反映了有序范围的扩大。 图17-11 不同结晶度PET的损耗模量E随温度的变化关系（11Hz） 从图17-12可以看出，tanδ的强度随着结晶度的增加而降低，反映了非晶相的减少。 tanδ主要由无定型相贡献。 当聚合物被拉伸取向时，分子会沿着拉伸方向择优排列，晶型也会改变。 从图17-13可以看出，随着拉伸比的增加，Emax向高温方向移动。 Emax的移动是结晶度和取向的协同效应的结果。 从图17-14可以看出，拉伸样品的模量比热结晶样品的模量高出一个数量级，而且 E 在拉伸样品系列中的变化也较大。 表17-1 拉伸PET纤维的流变振动和X射线数据 拉伸比 Emax位置/℃ Emax位置/（108Pa） 结晶度/% E峰宽 1 84 5.2 0 5 2 90 4.8 5.5 10 3 95 4.2 13.5 20 4 118 4.8 21.0 46 5 128 4.6 33.0 52 5.5 132 4.0 42.0 53 17.4 研究聚合物的交联和固化 环氧树脂用不同量的甲撑二胺（MDA）反应。 即将胺溶化，并在100℃下与环氧化合物混合均匀，在玻璃板上浇铸成片，置60℃的空气中固化45min，然后在80℃保持30min，再在150℃下保持2.5h，最后将样品慢慢冷至室温。这样就得到了不同交联度的环氧树脂样品。 随着结晶度的增加，Tg以上的模量E 显著增加，同时 tanδ也向高温方向移动。 当胺的用量超过化学计量的量时，会导致tanδ峰温降低，峰高增加。 按化学计量进行交联时，Tg峰对应的温度最高。 如图17-17所示， 在环氧树脂的固化过程中，从模量与温度的关系图谱，可以找到环氧树脂初始软化点，开始固化点，及对应的模量和等温固化所用的时间。 另外，还可以知道样品在固化过程中放热，样品温度随时间的变化。 17.5 评价聚合物的耐热性和抗冲击性 材料的耐低温性能取决于在低温下分子结构中是否存在小的运动单元的运动，而小运动单元的运动可以灵敏地反映在tanδ-T谱上。 曲线1的分散相 (岛相) 是聚丁二烯段；曲线2是丁苯橡胶；曲线3是丁腈胶。对应Tg分别为－80℃、－40℃和－5℃。 由于丁二烯的链段活动能力最强，故1的耐寒性最好。 材料的常温冲击性能研究表明：仅有低温损耗峰的加大，常温冲击性能并未有明显改善，要同时有高温tanδ峰值的升高，冲击性能才有显著的改善。 CPE-g-VC改性PVC的抗冲击性能见图17-19，无明显改善。 接枝物的投料量——指接枝物中CPE的含量。 从图17-20可以看出，高温和低温的tanδ峰值均有明显升高，冲击性能有显著改善。 17.6 研究聚合物的耐热性和老化性 17.6.1 评价聚合物的耐热性 用动态力学的方法判断材料的耐热性能，是一种方便、准确、直观的标准方法。因为它是直接通过材料的物理状态变化来判断的。 图17-21为尼龙6和PVC的模量-温度图谱。 如用热变形仪可测得尼龙6的热变形温度为65℃，而PVC的热变形温度为80℃。如此判定PVC耐热性高于尼龙6，这显然是不正确的。 从图17-21可以看到，显然在80℃时PVC的模量与尼龙6在65℃基本相同，但对PVC来说80℃意味着Tg转变，在该温度附近模量急剧下降几个数量级。而对尼龙6而言，65℃仅意味着非晶区的Tg转变，晶区保持不变，这时处于韧性塑料区，仍有承载能力，到220℃才失去承载能力。 17.6.2 研究聚合物的老化 聚合物材料老化，性能下降的原因在于结构发生变化。这种结构变化往往是大分子发生了交联、或致密化、或分子断链成新的化合物。 体系中各种分子运动活性受到抑制或加速，在动态力学图谱中都可以加以体现。 如材料的交联或致密，使大分子链柔性或某运动单元的活性降低，使Tg移向高温，次级转变峰上升； 发生化学变化时，就会有新的峰产生。 所以动态力学方法也是一种快速择优选材的方法。 图17-22是六种聚合物进行光老化比较它们的耐光性能得到的tanδ-T谱图。 图(a) tanδ75 ℃峰逐渐变宽，最后分立为两个峰，说明有链的断裂 (部分峰移向低温区)，又有交联 (移向高温区)，根据峰形变化，应以断链为主。 图(b) 为