TMA、DMA.ppt

静态、动态热机械分析TMA DMA 主 要 内 容 1.热分析技术概述 2.高分子的粘弹性 3.静态热机械分析 4.动态热机械分析 5.热机械分析应用 一.热 分 析 技 术 概 述1.1热分析的定义 1977年在日本京都召开的国际热分析协会(ICTA,International Conference on Thermal Analysis)第七次会议所下的定义：热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度之间关系的一类技术。 这里所说的“程序控制温度”一般指线性升温或线性降温，也包括恒温、循环或非线性升温、降温。这里的“物质”指试样本身和(或)试样的反应产物，包括中间产物。 热分析方法的种类是多种多样的，根据国际热分析协会(ICTA)的归纳和分类，目前的热分析方法共分为九类十七种，在这些热分析技术中，热重法、差热分析、差示扫描量热法和热机械分析应用得最为广泛。 1.2 热分析的主要优点 二.高分子的粘弹性 ?1.虎克定律 ?2.牛顿定律 ?3.高聚物粘弹性 ?4.时温等效原理 2.1 虎克定律 Hooke’s law 弹 性 与 粘 性 比 较 2.3 高 聚 物 粘 弹 性  Comparison s = const. 高 聚 物 粘 弹 现 象 粘 弹 性 现 象 1.蠕变：指在一定的T和较小的恒定应力下，材料的应变随t的增加而增大的现象。 2.应力松弛：指在恒定T和形变保持不变的状态下，聚合物的内部应力随t的增加而逐渐衰减的现象。 3.滞后：聚合物在交变应力作用下，形变落后于应力变化的现象。 4.内耗：如果形变落后于应力变化，发生滞后，则每一循环变化中就要消耗功，称为力学损耗。 1.线形和交联聚合物的蠕变全过程 2.交联和线形聚合物的应力松弛 2.4 粘弹性的时温等效原理 ?借助于一个平移因子aT，就可以将某一温度和频率下测定的力学数据转变为另一温度和频率下的力学数据。可以将不可能测定的极长时间或极短时间的力学数据分别通过高温或低温记谱测得。 ?计算公式是WLF方程 1.线形非晶态聚合物的温度-形变曲线 ?线型非晶态聚合物是指结构上无交联、聚集态无结晶的高分子材料。 ?典型无定型的温度-形变曲线如图所示，相应的模量-温度曲线同样用于反映分子运动（曲线形状正好倒置）。 2.交联聚合物的温度-形变曲线 ?交联度较小时，存在Tg，但Tf随交联度增加而逐渐消失。交联度较高时，Tg和Tf都不存在。 3.晶态聚合物的温度-形变曲线 4.增塑聚合物的温度-形变曲线 ?加入增塑剂一般使聚合物的Tg和Tf都降低，但对柔性链和刚性链作用有所不同。 ?对柔性链聚合物，Tg降低不多而Tf降低较多，高弹区缩小。 ?对刚性链聚合物，Tg和Tf都显著降低，在增塑剂达一定浓度时，由于增塑剂分子与高分子基团间的相互作用，使刚性链变为柔性链，此时Tg显著降低而Tf降低不大，即扩大了高弹区，称“增弹作用”，这点对生产上极为有用（如纯PVC只能作塑料，适当加入增塑剂后，可以作人造革、鞋、薄膜等）。 Tg 的 工 艺 意 义 ?是非晶热塑性塑料(如PS,PMMA和硬质PVC聚氯乙烯等)使用温度的上限。 ?是非晶性橡胶(如NR天然橡胶,BSR丁苯橡胶等)使用温度的下限。 3.1.2 热机械曲线测试结果示例 ?热机械曲线的形状取决于聚合物的分子量、化学结构和聚集态结构、添加剂、受热史、形变史、升温速度、受力大小等诸多因素。 ?升温速度快，Tg、Tf会高些；应力大，Tf会降低，高弹态会不明显。因此实验时要根据所研究的对象要求，选择测定条件，作相互比较时，一定要在相同条件下测定。 高分子链结构对测定结果的影响 粘性响应 Comparing 3. 内 耗 4.储能、损耗和复数模量 物 理 意 义 5.损 耗 角 正 切 6.TMA VS DMA ?动态力学分析的优点有： ?1.动态力学分析通常只要一个很小的试样就可以在宽阔的频率或温度范围内连续地进行测定，因而可在较短的时间内获得材料的动态力学性能频率谱或温度谱。而用静态力学调试，不仅需要大量试样、而且只能在分立的若干个温度下测定。 ?2.动态力学热分析中，材料中每一重分子运动单元运动状态的转变(包括主转变与次级转变)，都会在内耗—温度曲线上有明显的反映。而在静态力学试验中，次级转变因其引起的模量变化比较小，容易被忽略。 4.4 测 量 仪 器1.测量方式/模式 2.测 量 仪 器 分 类 ?测定动态力学性能的仪器有三类： ?(1)自由衰减振动，如扭摆法、扭辫法； ?(2)受迫振动的共振类型，如振簧法； ?(3)受迫振动的非共振类型，如粘弹性仪。 1）自由哀减振动法 ?自由衰减振动法是下述一种试验方法：