动态热机械分析解析课件

1、第5章 3-动态热机械分析Dynamic Thermal Mechanical Analysis, DMA1 热机械分析 1、零负荷测定2、静态负荷测定3、动态负荷测定热膨胀法静态热机械动态热机械1 热机械分析 1-1 热膨胀法定义：在程序控温下，测量物质在可忽 略负荷时尺寸与温度关系的技术。线热膨胀法体热膨胀法1 热机械分析 1-1 热膨胀法线热膨胀法：温度升高1度，试样某一方向上相对伸长（或收缩）量： = L /（L0 T） 线膨胀系数（1/K） L0初始长度 T试验温度差1 热机械分析 1-1 热膨胀法 = L /（L0 T） 美国：-30-30 日本： 25-80 我国： 0-40注意

2、：要求测试温度范围内无相转变1 热机械分析 1-1 热膨胀法体热膨胀法：温度升高1度，试样体积膨胀（或收缩）的相对量： = V /（V0 T） 体膨胀系数（1/K） V0初始体积 T试验温度差1 热机械分析 1-1 热膨胀法DIL 402 PC热膨胀仪 德国 1 热机械分析 1-1 热膨胀法DIL 402 C热膨胀仪 德国 1 热机械分析 1-1 热膨胀法DIL 402 E热膨胀仪 德国 1 热机械分析 1-2 静态热机械分析 定义：在程序控温下，测量物质在非振动负荷下的温度与形变关系的技术。 拉伸压缩弯曲扭转1 热机械分析 1-2 静态热机械分析 LT/TgTf例1 PMMA 温度-形变曲线

3、（压缩）1 热机械分析 1-2 静态热机械分析 LT/例3 PE 线膨胀系数（压缩）HDPELDPE1 热机械分析 1-2 静态热机械分析LT/例4 环氧树脂 线膨胀系数（压缩）Tg=128d L/dt1 热机械分析 1-2 静态热机械分析针入度T/例5 聚酯/聚酰亚胺（针入度）Tg1 Tg2 1 热机械分析 1-2 静态热机械分析温度负荷压头样品介质千分表例6 塑料维卡软化点测定（针入度）1 热机械分析 1-2 静态热机械分析温度负荷压头样品介质千分表例6 塑料热变形温度测定（弯曲法）1 热机械分析 1-2 静态热机械分析LT/例6 温度-弯曲形变曲线（弯曲法）PCHDPELDPEPVC1

4、热机械分析 1-2 静态热机械分析LT/例6 温度-拉伸形变曲线（拉伸法）硬PVCLDPE苯丙共聚纤维素1 热机械分析 1-2 静态热机械分析VT/例7 天然橡胶体膨胀曲线（膨胀法）Tg Tm Tg 2 动态热机械分析 2-1 基本定义 定义：在程序控温下，测量物质在振动载荷下的动态模量和（或）力学损耗与温度的关系。(Dynamic Mechanical Analysis, DMA)2 动态热机械分析 2-2 基本特点特点1：小样品，宽温度、频率范围。特点2：表征结构变化-分子运动- 性能。特点3：动态载荷产品设计（轮胎）。玻璃化转变、结晶、取向、交联、相分离2 动态热机械分析 2-3 基本原

5、理粘性在应力下产生流动的能力弹性应力后恢复原状的能力粘弹性同时具粘性液体与纯弹性质应力单位面积上承受的力应变 = L/L02 动态热机械分析 2-3 基本原理模量应力与应变之比，刚性量度。柔量模量的倒数，柔性量度。泊松比外力下纵、横向应变之比。 = -2/1E=2G（1+）E杨氏模量，G剪切模量2 动态热机械分析 2-3 基本原理线性粘弹性行为： = 0 sin (t) = 0 sin (t + )角频率 相位差2 动态热机械分析 2-3 基本原理线性粘弹性行为： = 0 sin(t) cos + 0cos (t)sin = 0 sin (t)2 动态热机械分析 2-3 基本原理线性粘弹性行为

6、： = 0 E sin(t) + 0 E cos (t) E = ( 0 / 0 ) COS E = ( 0 / 0 ) sin 2 动态热机械分析 2-3 基本原理ETan非晶态高聚物DMA温度谱（频率一定）次级松弛转变玻璃化转变T2 动态热机械分析 2-3 基本原理lgETan非晶态高聚物DMA频率谱（温度一定）lg lgEEETan2 动态热机械分析 2-3 基本原理高聚物 DMA频率谱（温度一定）高聚物 DMA温度谱（频率一定）由于调节温度比调频率更容易，因此DMA温度谱最常用。2 动态热机械分析 2-4 分析仪器DMA 242 C动态热机械分析仪 2 动态热机械分析 2-4 分析仪器

7、F三点弯曲2 动态热机械分析 2-4 分析仪器F双悬臂梁2 动态热机械分析 2-4 分析仪器F单悬臂梁2 动态热机械分析 2-4 分析仪器F纤维延伸2 动态热机械分析 2-4 分析仪器F薄膜延伸2 动态热机械分析 2-4 分析仪器F平行板3 在高分子材料中的应用3-1 玻璃化温度测定TE , Tan.Tg 玻璃化转变附近:E ,Tan最大 3 在高分子材料中的应用3-1 玻璃化温度测定 例1 NBR/S,ZnO,DM/C体系 3 在高分子材料中的应用3-1 玻璃化温度测定 例1 NBR/CoCl2体系 3 在高分子材料中的应用3-2 耐热性能评价温度负荷压头样品介质千分表例6 塑料维卡软化点测

8、定（针入度）温度负荷压头样品介质千分表例6 塑料热变形温度测定（弯曲法）3 在高分子材料中的应用3-2 耐热性能评价 特点：热变形温度（维卡软化点）测定结果仅适合于同种材料间的相对比较，不能全面衡量材料的耐热性能。3 在高分子材料中的应用3-2 耐热性能评价E T硬PVC 尼龙6T1T20.90GPa3 在高分子材料中的应用3-3 耐寒性或低温韧性评价1、塑料：非晶态的玻璃态（TTg).2、塑料：晶态+玻璃态（TTg).塑料耐寒性：低温下可运动单元情况。EE，Tan非晶态高聚物DMA温度谱（频率一定）次级松弛转变玻璃化转变T3-3 耐寒性或低温韧性评价3 在高分子材料中的应用塑料耐寒性：低温下可运动单元情况。在DMA谱图上低温损耗峰位置越低，强度越强，则塑料的低温度韧性越好。3 在高分子材料中的应用 ASTM落锤冲击试验：测试样品多达30个以上，在-29下调节24小时。（测试结果重复性差）3 在高分子材料中的应用3-4 评价高分子耐环境能力TLog(Tan)干态50%湿度100%湿度a尼龙66吸水前后性能变化3 在高分子材料中的应用3-4 评价高分子耐环境能力TTanUV-固化硫醇树脂老化前后DMA未老化老化12h老化24 h3 在高分子材料中的应用3-4 评价高分子耐环境能力环境因素（光、热、水、氧等）结构改变（交联、断链、结晶、化学基团）DMA分析（Tan-T, E-