动态力学试验及原理.ppt

图4-10咪唑封端聚醚聚氨酯增韧E-51/DDS DMA动态力学谱 7.5%和空白样对比 每种动态试验仪器均有其优点与缺点。扭摆在一般高聚物常遇到的整个模量范围（105~1011达因/厘米2）均可应用，在整个阻尼范围，即从对数减量小于0.01至大于5之间，也可应用。假如动态力学性能是作为温度的函数来研究，当温度改变时很难将频率保持基本恒定。扭摆也受到频率范围相当狭窄的限制，一般在0.01和10周/秒之间。 振簧仪包括的范围约自10~1000周/秒。因为它是一种共振类型的仪器，很难能在保持频率恒定的情况下，在一个温度范围内去测量动态性能。同样，在保持温度恒定时，很难用一个试样去研究频率的影响。振簧仪很适合于硬性高聚物，也可用于橡胶，但是一般不能用于阻尼很高的转变区。这类仪器可用来研究分子取向的效应；张力可在与取向相平行或垂直的方向加于试样上。 五．动态性能与分子结构的关系 1. 温度和玻璃化转变的重要性 非晶态未交联高聚物的典型的动态性能随温度的变化示于图4-11中。图中的数据是用扭摆法测得，因而所报导的数值是切变模量G?、G?和对数减量△ 。如果用某种其他类型的仪器测定张力动态性能，也会得到类似形状的曲线。频率约为每秒一周，但随温度的增加稍有降低。 几乎所有硬性高聚物的切变模量均约为1010达因/厘米2，而且随温度的增加模量下降很慢。在玻璃化转变附近，在很小的温度范围内模量下降约一千倍。在这一转变区，高聚物时半硬性的并具有皮革的手感。在转变区以上的温度时，高聚物为一种橡胶，其切变模量约为107达因/厘米2，而且切变模量又变为相对地不依赖于温度。在更高温度时由于粘性流动作用的增加，模量再次下降。 如图4-9中的高聚物材料，当温度升高时，其阻尼（损耗因子G?/G?或对数减量?）通过一极大，然后通过一极小。在低温时，链段的分子运动被冻结，形变主要是由高分子链中原子的化合键角的弯曲所产生，因而模量很高，而材料几乎是完全弹性的。一个完全弹性的弹簧将能量作为位能贮藏，并不将任何能量损耗成热。因此，弹性材料或硬弹簧的阻尼很低。在玻璃化转变区以上的温度时，阻尼又是很低。一种好的橡胶，象一个弱的弹簧，也将能量贮藏而不损耗成热。在橡胶区，分子链段没有被冻结而能十分自由地运动，所以模量不高。因此，如果链段全部被冻结或能完全自由运动，阻尼都是很低的。 图4-9 未交联的非晶态高聚物的典型动态力学行为（材料为苯乙烯和丁二烯的共聚物） 在转变区内阻尼所以高的原因是因为有些分子链段能自由运动而另一些则不能。对一给定的形变，一个硬弹簧（冻结的链段）比一个弱弹簧（能自由运动的类橡胶链段）能贮藏更多的能量。因此，每当一个受到应力的冻结链段变得能自由运动时，其多余的能量将损耗成热。转变区的特征是，部分链段能自由运动，以及链段受到应力的时间愈长，则它能获得运动以消除一部分应力的机会的可能性也愈大。这种对应力的推迟反应引起高的阻尼并使形变落后于应力。在阻尼峰出现温度范围内，许多冻结链段在作一次振动所的需间内变为能够运动，因而出现阻尼峰。 损耗模量G?在损耗因子G?/G?出现高峰时稍低的温度下经一高峰。单位形变的极大热损耗在G?为极大时的温度下产生；当频率为每秒一周时，这一极大所处的温度与由体积-温度测量所测定的玻璃化转变温度十分接近。假如动态测定是在0.10至1.0周/秒进行的，极大阻尼G?/G?的温度一般比通常的玻璃化转变温度高5至15℃。为方便起见，通常阻尼（G?/G?或?）为极大时的温度有时亦称为玻璃化温度。阻尼为极大时的温度依赖于测量时所用的频率。对大多数高聚物来说，频率增加10倍将使极大阻尼所处的温度约提高7℃。表4-2指出，这种温度移动是依赖于玻璃化转变的绝对温度和活化能的。从Williams-Landel-Ferry处理中也可得到类似的结果。许多动态测量是在低频而不是在高频进行，其重要理由之一是，低频测量中出现极大阻尼的温度与玻璃化转变温度是十分一致的。 表4-2 频率每改变一个十倍级时阻尼峰的温度移动因子 7.5 1?105 400 15 5?104 400 90 1?104 400 4 1?105 300 8.5 5?104 300 49 1?104 300 2 1?105 200 4 5?104 200 20 1?104 200 频率每改变一个十倍级时阻尼峰的移动 活化能 ?H（卡/克分子） 极大阻尼温度T1(K) 2．分子量和交联的影响 在玻璃化转变区以下的温度，分子量一般不影响高聚物的动态力学性能。如果硬性高聚物为了有实际意义而有足够高的分子量，除了可能频率远比每秒一周为低的情况下，其性质不依赖于分子量和分子量分布[95]。 熔融高聚物和未交联橡胶的动态性能对分子量是十分敏感的。这类材料的一般性能如图4-10中的曲线1和2所示。 图4