环氧树脂玻璃化转变温度测试实验

实验名称环氧树脂玻璃化转变温度测试实验李福凯1153342 专业班级 航空复合材料•实验目的了解环氧树脂玻璃化转变机理，掌握对环氧树脂进行玻璃化转变温度测试的方法。初步学会使用DMA仪器测定高聚物的操作技术，并掌握实验结果分析的基本方法。二•实验内容1•选定一中环氧树脂配方，进行固化，并加工成制定尺寸形状。2•用动态热机械测试仪(DMA)对试样进行热机械分析，得到热机械分析曲线。根据热分析曲线进行分析判断，得到树脂的玻璃化转变温度。三•实验原理高聚物是黏弹态材料之一，具有粘性和弹性固体的特性。它一方面想弹性材料具有贮存机械能的特性，这种特性不损耗能量；另一方面，它又具有像非流体静应力下的粘液，会损耗能量而不能贮存能量。当高分子材料形变时，一部分能量变成位能，一部分变成热而损耗。能量的损耗可由力学阻尼和内摩擦生成的热证明。滞后现象属于高聚物的动态粘弹性。动态粘弹性是指聚合物在周期性变化的应力(或应变)作用下的力学行为，也称为动态力学性质。滞后现象：高聚物在交变应力作用下，形变落后于应力变化的现象称为“滞后现象”。在周期性变化的量中，最简单是正弦变量。亠「、.Q(t)=Qsinwt周期性应力： os(t)=ssin(wt-8)形变随时间的变化： 0式中：w——外力变化的角频率，w=2兀V(V是频率)；T 时间；5 形变发展落后于应力的相位差。滞后现象的原因：链段在运动时受到内摩擦力的作用，当外力变化时，链段运动跟不上外力的变化，所以形变落后于应力，有一个相位差。力学损耗：如果形变的变化落后于应力的变化，发生滞后现象，则每一循环变化中就要消耗功(变成热)，称为力学损耗，也称为内耗。拉仲和回缩时，外力对橡胶所做的功和橡胶对外力所做的回缩功分别相当于拉仲曲线和回缩曲线下的面积。于是一个拉仲-回缩循环中所损耗的能量与这2块面积之差相当。“滞后圈”：橡胶的拉仲-回缩循环的应力-应变曲线，所构成的闭合曲线称为“滞后圈”，滞后圈的大小恰为单位体积的橡胶在每一个拉仲-回缩循环中所损耗的功，有AW=Jo(t)d£(t)=Jo(t严'dtdtAW=o£J2Kwsinwtcos(wt-5)dt积分得AW积分得AW=兀0£sin500力学损耗角：5也常用tan5表示内耗的大小，叫做“损耗因子”。

口A橡胶的拉伸-回缩循环的应力-应变曲线内耗与温度的关系（固定外力频率）高聚物的内耗与温度的关系T〈Tg口A橡胶的拉伸-回缩循环的应力-应变曲线内耗与温度的关系（固定外力频率）高聚物的内耗与温度的关系T〈Tg时，链段被“冻结”，完全不能运动，所以损耗很小；T接近Tg时，链段能运动，但阻力（内摩擦力）很大，所以损耗大;Tf〉T〉〉Tg时，链段运动能力很强，损耗小；T〉Tf时，整链运动，损耗很大。内耗与频率的关系（固定温度）咼聚物的内耗与频率的关系动态模量应力变化比应变变化领先一个相位角5，应力可表示为o（t）=osin®tcos5+acos®tsin500定义cos5sin5E〃二精度:负荷sin5E〃二精度:负荷0.000丽据。（测

行试验2）—

匕丿0o（t）=wEsin®t+£E"cos®t00模量可用复数模量表示：E*=E"+iE"实数模量E'称为贮存模量；虚数模量E”称为损耗模量。有如下关系:E〃tan5=-E"聚合物的转变和松弛与分子运动有关。由于聚合物分子是一个长链的分子，它的运动有很多形式，包括侧基的转动和振动、短链段的运动、长链段的运动以及整条分子链的位移各种形式的运动都是在热能量激发下发生的。它既受大分子内链段（原子团）之间的内聚力的牵制，又受分子链间的内聚力的牵制。这些内聚力都限制聚合物的最低能位置。分子实际上不发生运动，然而随温度升高，不同结构单元开始热振动，并不断外加振动的动能接近或超过结构单元内旋转位垒的热能值时，该结构单元就发生运动，如移动等，大分子链的各种形式的运动都有各自特定的频率。这种特定的频率是由温度运动的结构单元的惯量矩所决定的。而各种形式的分子运动的开始发生便引起聚合物物理性质发生变化而导致转变或松弛，体现在动态力学曲线上的就是聚合物的多重转变实验仪器DMAQ800是由美国TAINSTRUMENTS公司生产的新一代动态力学分析仪（见图2-64）。它采用非接触式线性驱动马达代替传统的步进马达直接对样品施加应力，以空气轴承取代传统的机械轴承以减少轴承在运行过程中的摩擦力，并通过光学读数器来控制轴承位移，精确度达lnm；配置多种先进夹具（如三点弯曲、单悬臂、双悬臂、夹心剪切、压缩、拉伸等夹具），可进行多样的操作模式，如共振、应力松弛、蠕变、固定频率温度扫描（频率范围为0.01〜210Hz,温度范围为-180〜600°C）、同时多个频率对温度扫描、自动张量补偿功能、TMA等，通过随机专业软件的分析可获得高解析度的聚合物动态力学性能方面的数近1nm,Tan^0.0001，模量1%）。本实验使用三点弯曲夹具进实验步骤开机。合电源总闸，按照先冷压机再主机的顺序依次打开相关设备电源后，再启动计算机。打开软件，预热30分钟。夹具校正。夹具的安装、校正（夹具质量校正、柔量校正），按软件菜单提示进行。样品安装。利用DMA软件，设定测试条件，进行测试，保存检测数据至文件夹中。先关闭计算机后，再关闭相关设备电源。将相关工具和检测试样，放回原处，将实验场地清理干净。实验结果与分析试样尺寸：Size长50.0000宽12.4000高2.30000mm由实验图像中损耗角曲线在大约125摄氏度时出现峰值，可粗略的得出该树脂的玻璃化转变温度为125°七.注意事项1•在未经实验指导老师的允许下，不得擅自操作设备。开机时，先打开相关设备电源后，再启动计算机，否则会出现计算机无法启动的故障。在试验过程中，如发现设备有异常情况时，可按下软件中停止按钮，停止试验，并及时与指导老师联系，以免人员受伤。八.思考1.除了DMA外还可以采用什么设备方法进行树脂玻璃化转变温度测定？答：常用的测定聚合物玻璃化转变的方法有静态热机械法TMA（如膨胀计法、温度形变曲线法等）、动态力学测量法DMA（如扭辫法和扭摆法等）、热力学方法（如示差扫描法DSC或差热分析法DTA）等。2•为什么聚合物在玻璃态、高弹态时内耗小，而在玻璃化转变区内耗出现极大？答：玻璃态下，T小于Tg，链段被冻结，完全不能动，因此材料受力时吸收的能量很少；咼弹态时