《动态热机械分析》PPT课件.ppt

第5章 3-动态热机械分析 Dynamic Thermal Mechanical Analysis, DMADynamic Thermal Mechanical Analysis, DMA 1 1 热机械分析热机械分析 1 1、零负荷测定、零负荷测定 2 2、静态负荷测定、静态负荷测定 3 3、动态负荷测定、动态负荷测定 热膨胀法热膨胀法 静态热机械静态热机械 动态热机械动态热机械 1 1 热机械分析热机械分析 1-1 1-1 热膨胀法热膨胀法 定义：在程序控温下，测量物质在可忽定义：在程序控温下，测量物质在可忽 略负荷时略负荷时尺寸与与温度关系的技术。关系的技术。 线热膨胀法线热膨胀法体热膨胀法体热膨胀法 1 1 热机械分析热机械分析 1-1 1-1 热膨胀法热膨胀法 线热膨胀法：温度升高：温度升高 1 1 度，试样某一方度，试样某一方 向上相对伸长（或收缩）量：向上相对伸长（或收缩）量： = = L /L /（L L 0 0 T T） 线线线线膨膨胀胀胀胀系数（系数（1/K1/K） L L 0 0 初始初始长长长长度度 TT试验试验试验试验 温度差温度差 1 1 热机械分析热机械分析 1-1 1-1 热膨胀法热膨胀法 = = L /L /（L L 0 0 T T） 美国：美国：-30-30-30-30 日本：日本： 25-8025-80 我国：我国： 0-400-40 注意：要求测试温度范围内无相转变注意：要求测试温度范围内无相转变 1 1 热机械分析热机械分析 1-1 1-1 热膨胀法热膨胀法 体热膨胀法：温度升高：温度升高 1 1 度，试样体积膨度，试样体积膨 胀（或收缩）的相对量：胀（或收缩）的相对量： = = V /V /（V V 0 0 T T） 体膨体膨胀胀胀胀系数（系数（1/K1/K） V V 0 0 初始体初始体积积积积 TT试验试验试验试验 温度差温度差 1 1 热机械分析热机械分析 1-1 1-1 热膨胀法热膨胀法 DIL 402 PC热膨胀仪 德国 1 1 热机械分析热机械分析 1-1 1-1 热膨胀法热膨胀法 DIL 402 C热膨胀仪 德国 1 1 热机械分析热机械分析 1-1 1-1 热膨胀法热膨胀法 DIL 402 E热膨胀仪 德国 1 1 热机械分析热机械分析 1-2 1-2 静态热机械分析静态热机械分析 定义：在程序控温下，测量物质在：在程序控温下，测量物质在非 振动负荷下的下的温度与与形变关系的技术。关系的技术。 拉伸拉伸压缩压缩弯曲弯曲扭转扭转 1 1 热机械分析热机械分析 1-2 1-2 静态热机械分析静态热机械分析 LL T/T/ T Tg g T T f f 例例1 PMMA 1 PMMA 温度温度- -形变曲线（形变曲线（压缩压缩） 1 1 热机械分析热机械分析 1-2 1-2 静态热机械分析静态热机械分析 LL T/T/ 例例3 PE 3 PE 线膨胀系数（线膨胀系数（压缩压缩） HDPEHDPE LDPELDPE 1 1 热机械分析热机械分析 1-2 1-2 静态热机械分析静态热机械分析 LL T/T/ 例例4 4 环氧树脂环氧树脂 线膨胀系数（线膨胀系数（压缩压缩） T Tg g =128=128 d L/d L/dtdt 1 1 热机械分析热机械分析 1-21-2 静态热机械分析静态热机械分析 针针针针入度入度 T/T/ 例例5 5 聚酯聚酯/ /聚酰亚胺（聚酰亚胺（针入度针入度） T T g1g1 T T g2g2 1 1 热机械分析热机械分析 1-2 1-2 静态热机械分析静态热机械分析 温温度度 负负负负荷荷 压头压头压头压头 样样样样 品品 介介质质质质 千分表千分表 例例6 6 塑料维卡软化点测定（塑料维卡软化点测定（针入度针入度） 1 1 热机械分析热机械分析 1-2 1-2 静态热机械分析静态热机械分析 温温度度 负负负负荷荷 压头压头压头压头 样样样样 品品 介介质质质质 千分表千分表 例例6 6 塑料热变形温度测定（塑料热变形温度测定（弯曲法弯曲法） 1 1 热机械分析热机械分析 1-2 1-2 静态热机械分析静态热机械分析 L L T/T/ 例例6 6 温度温度- -弯曲形变曲线（弯曲形变曲线（弯曲法弯曲法） PCPC HDPEHDPE LDPELDPE PVCPVC 1 1 热机械分析热机械分析 1-2 1-2 静态热机械分析静态热机械分析 L L T/T/ 例例6 6 温度温度- -拉伸形变曲线（拉伸形变曲线（拉伸法拉伸法） 硬硬PVCPVC LDPELDPE 苯苯丙共聚丙共聚 纤维纤维纤维纤维素素 1 1 热机械分析热机械分析 1-2 1-2 静态热机械分析静态热机械分析 V V T/T/ 例例7 7 天然橡胶体膨胀曲线（天然橡胶体膨胀曲线（膨胀法膨胀法） T Tg g T T mm T Tg g 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-1 2-1 基本定义基本定义 定义：在程序控温下，测量物质在：在程序控温下，测量物质在振振 动载荷动载荷下的下的动态模量动态模量和（或）和（或）力学损耗力学损耗与与 温度温度的关系。的关系。 (Dynamic Mechanical Analysis, (Dynamic Mechanical Analysis, DMADMA) ) 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-2 2-2 基本特点基本特点 特点特点1 1：小样品，宽温度、频率范围。：小样品，宽温度、频率范围。 特点特点2 2：表征结构变化：表征结构变化- -分子运动分子运动- - 性能。性能。 特点特点3 3：动态载荷产品设计（轮胎）。：动态载荷产品设计（轮胎）。 玻璃化转变、结晶、取向、交联、相分离玻璃化转变、结晶、取向、交联、相分离 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-3 2-3 基本原理基本原理 粘性粘性在应力下产生流动的能力在应力下产生流动的能力 弹弹弹弹性性应力后恢复原状的能力应力后恢复原状的能力 粘粘弹弹弹弹性性同时具粘性液体与纯弹性质同时具粘性液体与纯弹性质 应应应应力力单位面积上承受的力单位面积上承受的力 应变应变应变应变 = L/L = L/L 0 0 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-3 2-3 基本原理基本原理 模量模量应力与应变之比，刚性量度。应力与应变之比，刚性量度。 柔量柔量模量的倒数，柔性量度。模量的倒数，柔性量度。 泊松比泊松比外力下纵、横向应变之比。外力下纵、横向应变之比。 = -= - 2 2 / / 1 1 E=2GE=2G（1+1+ ） EE杨杨杨杨氏模量，氏模量，GG剪切模量剪切模量 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-3 2-3 基本原理基本原理 线性粘弹性行为：线性粘弹性行为： = = 0 0 sin ( sin ( t) t) = = 0 0 sin ( sin ( t + t + ) ) 角频率角频率 相位差相位差 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-3 2-3 基本原理基本原理 线性粘弹性行为：线性粘弹性行为： = = 0 0 sin( sin(t) t) coscos + + 0 0 cos (cos (t)sint)sin = = 0 0 sin ( sin (t) t) 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-3 2-3 基本原理基本原理 线性粘弹性行为：线性粘弹性行为： = = 0 0 E sin( E sin(t) + t) + 0 0 E E coscos ( (t) t) E = ( E = ( 0 0 / / 0 0 ) ) COSCOS E = ( E = ( 0 0 / / 0 0 ) sin ) sin 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-3 2-3 基本原理基本原理 EETanTan 非晶态高聚物非晶态高聚物DMADMA温度谱温度谱（频率一定频率一定） 次级松弛转变次级松弛转变 玻璃化转变玻璃化转变 T T 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-3 2-3 基本原理基本原理 lgElgE TanTan 非晶态高聚物非晶态高聚物DMADMA频率谱频率谱（温度一定温度一定） lglg lgElgE EE E E TanTan 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-3 2-3 基本原理基本原理 高聚物高聚物 DMADMA频率谱频率谱（温度一定温度一定） 高聚物高聚物 DMADMA温度谱温度谱（频率一定频率一定） 由于调节温度比调频率由于调节温度比调频率 更容易，因此更容易，因此DMADMA温度谱温度谱 最常用。最常用。 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-4 2-4 分析仪器分析仪器 DMA 242 CDMA 242 C动态热机械分析仪动态热机械分析仪 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-4 2-4 分析仪器分析仪器 F F 三点弯曲三点弯曲 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-4 2-4 分析仪器分析仪器 F F 双悬臂梁双悬臂梁 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-4 2-4 分析仪器分析仪器 F F 单悬臂梁单悬臂梁 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-4 2-4 分析仪器分析仪器 F F 纤维延伸纤维延伸 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-4 2-4 分析仪器分析仪器 F F 薄膜延伸薄膜延伸 2 2 动态热机械分析动态热机械分析 2-4 2-4 分析仪器分析仪器 F F 平行板平行板 3 3 在高分子材料中的应用在高分子材料中的应用 3-1 3-1 玻璃化温度测定玻璃化温度测定 T T E , TanE , Tan . . T Tg g 玻璃化转变附近玻璃化转变附近: :E ,TanE ,Tan最大最大 3 3 在高分子材料中的应用在高分子材料中的应用 3-1 3-1 玻璃化温度测定玻璃化温度测定 例例1 1 NBR/NBR/S,ZnO,DMS,ZnO,DM/C/C体系体系 3 3 在高分子材料中的应用在高分子材料中的应用 3-1 3-1 玻璃化温度测定玻璃化温度测定 例例1 1 NBR/CoClNBR/CoCl 2 2 体系体系 3 3 在高分子材料中的应用在高分子材料中的应用 3-2 3-2 耐热性能评价耐热性能评价 温温度度 负负负负荷荷 压头压头压头压头 样样样样 品品 介介质质质质 千分表千分表 例例6 6 塑料维卡软化点测定（塑料维卡软化点测定（针入度针入度） 温温度度 负负负负荷荷 压头压头压头压头 样样样样 品品 介介质质质质 千分表千分表 例例6 6 塑料热变形温度测定（塑料热变形温度测定（弯曲法弯曲法） 3 3 在高分子材料中的应用在高分子材料中的应用 3-2 3-2 耐热性能评价耐热性能评价 特点特点：热变形温度（维卡软化点）测：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，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。不能全面衡量材料的耐热性能。 3 3 在高分子材料中的应用在高分子材料中的应用 3-2 3-2 耐热性能评价耐热性能评价 E E T T 硬硬PVCPVC 尼龙尼龙6 6 T T1 1 T T2 2 0.90GPa0.90GPa 3 3 在高分子材料中的应用在高分子材料中的应用 3-3 3-3 耐寒性或低温韧性评价耐寒性或低温韧性评价 1 1、塑料：非晶态的玻璃态（、塑料：非晶态的玻璃态（T T TgTg). ). 塑料耐寒性塑料耐寒性：低温下可运动单元情况。：低温下可运动单元情况。 EE EE，TanTan 非晶态高聚物非晶态高聚物DMADMA温度谱温度谱（频率一定频率一定） 次级松弛转变次级松弛转变 玻璃化转变玻璃化转变 T T 3-3 3-3 耐寒性或低温韧性评价耐寒性或低温韧性评价 3 3 在高分子材料中的应用在高分子材料中的应用 塑料耐寒性塑料耐寒性：低温下可运动单元情况。：低温下可运动单元情况。 在在DMADMA谱图上谱图上低温损耗峰位置低温损耗峰位置越低，越低，强度强度 越强，则塑料的低温度韧性越好。越强，则塑料的低温度韧性越好。 3 3 在高分子材料中的应用在高分子材料中的应用 ASTMASTM落锤冲击试验落锤冲击试验： 测试样测试样测试样测试样 品多达品多达3030个以上，在个以上，在-29-29下下调节调节调节调节 2424小小时时时时。（。（测试结测试结测试结测试结 果重复性差果重复性差） 3 3 在高分子材料中的应用在高分子材料中的应用 3-4 3-4 评价高分子耐环境能力评价高分子耐环境能力 T T Log(TanLog(Tan ) ) 干态干态 50%50%湿度湿度 100%100%湿度湿度 a a 尼龙尼龙6666吸水前后性能变化吸水前后性能变化 3 3 在高分子材料中的应用在高分子材料中的应用 3-4 3-4 评价高分子耐环境能力评价高分子耐环境能力 T T TanTan UV-UV-固化硫醇树脂老化前后固化硫醇树脂老化前后DMADMA 未老化未老化 老化老化12h12h 老化老化24 h24 h 3 3 在高分子材料中的应用在高分子材料中的应用 3-4 3-4 评价高分子耐环境能力评价高分子耐环境能力 环境因素（光、热、水、氧等）环境因素（光、热、水、氧等） 结构改变（交联、断链、结晶、化学基团）结构改变（交联、断链、结晶、化学基团） DMADMA分析（分析（TanTan-T, E-T)-T, E-