弹性体弹性体松弛谱的温度依赖性和主曲线绘制

1、弹性体松松弛谱温温度赖赖性和主曲线曲线绘制弹性体松弛谱的温温度依赖性性目的如果所研究的频率范围足够大，等温测试的力学松弛行为与频率的关系也 称为力学松弛谱。本实验表明松弛谱对温度的依赖程度。样品 无填料、未硫化的 SBR条件 测试仪器:DMA/SDTA861e样品制备：DMA测试:SBR压成1mm厚的薄膜，冲出 4mm直径的圆柱体，装 入剪切样品夹具，预形变 10 %。在-50°C至100°C之间不同温度的等温条件下，频率范围从100mHz至1kHz进行测试。最大力振幅5N ;最大位移振幅10 口 m ;偏移控制为零。Frequency Sweep (Di fferent

2、Temperatures) 08.07.2002 10:47:43Xpa8OAOAA6o5OAc COO7874-O 53 2- -5940O2-30Z3XXoIOAXIOAXA2OXLab: JSchaweMETTLERTOLEDO S TARe SW 7.00 B10+图3.40温度-50°C至100°C之间从0.1至1000Hz频率范围观察到的剪切贮存模量解释 与频率关系测试在温度足够低 (-47° C时，贮存模量相当大(700MPa),几乎与频率 无关。随着温度的升高，贮存模量在低频区下降，直至松弛范围台阶移出测试范 围。在-10°C,在所用的频

3、率范围几乎可测量整个台阶。随着温度进一步升高，松 弛范围移至更高频率，因而在40°C时，在测试频率范围只测量到贮存模量约为7MPa的几乎与频率无关的橡胶平台。温度继续升高，尤其在低频，贮存模量下降，然后材料开始流动。结论 在较高温度，松弛范围移到较高频率。在频率扫描实验中，样品在恒定温度下在实验可达到的频率范围测试。如果这种实验在T1和T2两个温度进行（这里Ti vT2），那么在T2的频率范围测得的行为与在T1的更低频率测得的一样。因此，通过改变温度，松弛范围能沿频率窗横向移动。换言之，在这种测试中，较低温度的曲线相当于参比温度下更高频率的曲 线，较高温度的曲线相当于参比温度下更低频

4、率的曲线。在低于参比温度 的温度，就象在较低频率测试相同的松弛行为。可认为接近玻璃化转变温度的无定形聚合物的频率（时间）和温度行为之间存在一般的等值关系-在一定条件下具有橡胶态特性的聚合物，如果温度 降低或观察的时间尺度减小，行为可以如玻璃。因为与频率有关就是直接 与相应的时间有关，所以该关系通常被称为时间-温度叠加原理。温度与频率之间的关系由 Vogel-Fulcher方程或WLF方程描述（参看343节玻璃 化转变的频率依赖性”。说明 时间-温度叠加原理只对所谓的流变简单材料才是有效的。这些包括无定形材料，其中分子相互作用不受内表面（例如共混物或结晶的相分离）、结构形成、填料或化 学反应的影

5、响，或其中不同的松弛范围不重叠。主曲线绘制目的本节讨论如何从不同的测试曲线能绘制某个参比温度的宽频率范围的频率' 谱。所得到的曲线称为主曲线。1/Pa10八-510八-11Compl i ance as a Functi on of Frequency08.07.2002 12:11:4610八-610八-710八-810八-910八-10107 10心6 10八5 104103 10心210八1 10010A110A210A310A410510A610A710A810A9HzMSG28: MyrtaMETTLER TOLEDO S TA Re SW 7.00 B11图3.42参比温度

6、-10°C勺剪切柔量的主曲线计算图3.41中的主曲线来自3.4.3节 弹性体松弛谱的温度依赖性”中的测试曲线，在每个温度，所有的贮存和损耗模量均表示为与频率的关系。在比参 比温度低的温度测试的曲线移动至较高频率，用这种方法，使贮存模量和 损耗模量的各条曲线与如此形成的相应复合曲线最大程度地叠加。用同样 的方法，将在较高温度测试的曲线移至较低频率。曲线移动的基本原理是 前面讨论的温度 -时间叠加原理。作为这些操作的结果，可得到在10-8至1011Hz频率范围的两个模量分量的曲线。图4.42表示从同一次测试绘制的相应的复合柔量主曲线。各个曲线段的移动与绘制模量主曲线时相似。解释在低频，贮

7、存和损耗模量均具有大约相同的值30MPa。在约10-6Hz的G峰是流动松弛产生的。之后，贮存模量呈现模量值略小于1MPa的橡胶平台，相应的频率范围在 10-5至10-2Hz之间。然后，贮存模量呈现一个大约3个数量级大小的台阶，它与损耗模量上的峰同时发生。这是特征频率为300Hz（ G 峰最大值处的频率 ）的主松弛（玻璃化转变）。在更高频率，贮存模 量几乎恒定在大约800MPa，对数-对数表示的损耗模量线性下降。在高于108的频率，G 曲线出现通过移动不能重叠的区域，这些区域可能受到冷却条件的影响，它们可以解释为二级松弛（3-松弛）的开始。除了在低频时 J是大的、在主松弛中J随着频率增高而变小之外，柔量主曲线的行为与模量主曲线的相似。在J 曲线上，流动松弛峰被流动范围的增大所遮盖。在主松弛区，与G 峰比较，J 的最大峰移向更低的频率，该特征频率为 0.2Hz。将G峰