第篇?jiǎng)討B(tài)力學(xué)分析(DMA)-課件

第篇?jiǎng)討B(tài)力學(xué)分析(DMA)_圖文.pptx第篇?jiǎng)討B(tài)力學(xué)分析(DMA)_圖文.pptx動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)普彈性：外力作用下立即產(chǎn)生形變，外力除去后，形變立即回復(fù)，形變對外力的響應(yīng)是瞬間的。固體材料都具有上述彈性。理想彈性體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系服從虎克定律，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比例系數(shù)為彈性模量：

σ=Eε彈性模量表示材料的剛度，即材料抵抗變形的能力。外力對材料做的功全部以彈性能的形式儲(chǔ)存起來。材料的粘彈性動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)普彈性：外力作用下立即產(chǎn)生形變，外力除去后，動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)黏性：材料受到外力時(shí)，理想黏性體的應(yīng)變隨時(shí)間線性增加，去除外力后，產(chǎn)生的形變完全不可回復(fù)。外力做的功全部以熱能的形式消耗掉了，用以克服分子間的摩擦力從而實(shí)現(xiàn)分子間的相對遷移。理想黏性流體的流變行為服從牛頓定律，即應(yīng)力與應(yīng)變速率成正比，比例系數(shù)為黏度。以剪切為例，牛頓定律表達(dá)式為：

τ=ηdγ/dt=ηγ材料的粘彈性動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)黏性：材料受到外力時(shí)，理想黏性體的應(yīng)變隨時(shí)間動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)對于粘彈性材料，力學(xué)行為既不服從虎克定律，也不服從牛頓定律，而是介于兩者之間。當(dāng)受到外力時(shí)，粘彈性材料的應(yīng)變隨時(shí)間作非線性變化，去除外力，所產(chǎn)生的形變隨時(shí)間逐漸且部分回復(fù)，其中彈性形變部分可以回復(fù)，黏性形變部分不能回復(fù)。外力對粘彈體所做的功一部分以彈性能的形式儲(chǔ)存起來，另一部分則以熱能的形式消耗掉了。同時(shí)具有粘性和彈性兩種特性。材料的粘彈性動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)對于粘彈性材料，力學(xué)行為既不服從虎克定律，也動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)在短時(shí)間（高頻率）作用下為類似固體的響應(yīng)在長時(shí)間（低頻率）作用下為類似液體的響應(yīng)如果時(shí)間足夠長任何東西都在流動(dòng)!粘彈行為－時(shí)間依賴性動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)在短時(shí)間（高頻率）作用下為類似固體的響應(yīng)粘彈Tisshort[<1s]Tislong[24hours]“SillyPutty”的固體和液體特性Tisshort[<1s]Tislong[24動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)聚合物是典型的粘彈性材料，兼有粘性流體和彈性固體的某些特性。當(dāng)聚合物作為結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)，主要利用它的彈性和強(qiáng)度，要求它在使用溫度范圍內(nèi)有較大的儲(chǔ)能模量。當(dāng)聚合物作為減震和吸音材料使用時(shí)，主要利用它的粘性，要求在一定頻率范圍內(nèi)有較高的阻尼（將固體機(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳⒌牟牧希２牧系恼硰椥詣?dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)聚合物是典型的粘彈性材料，兼有粘性流體和彈性動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)材料的靜態(tài)粘彈性主要表現(xiàn)在蠕變和應(yīng)力松弛兩個(gè)方面。蠕變（creep)是指材料在恒定應(yīng)力下，形變隨時(shí)間增加而增加的現(xiàn)象。對于高分子材料，高聚物分子構(gòu)象發(fā)生變化，受分子相互作用的影響，分子相對移動(dòng)而取向重排，這種行為不能瞬時(shí)完成而需一定的時(shí)間，因此在整個(gè)蠕變過程中表現(xiàn)出不同的蠕變階段。包括三種形態(tài)：即普彈形變、高彈形變和塑性形變。材料的總形變?yōu)椋?/p>

ε=ε1+ε2+ε3靜態(tài)粘彈性與動(dòng)態(tài)粘彈性動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)材料的靜態(tài)粘彈性主要表現(xiàn)在蠕變和應(yīng)力松弛兩個(gè)動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)應(yīng)力松弛(stressrelaxation)指高聚物在恒應(yīng)變下應(yīng)力隨時(shí)間衰減的現(xiàn)象。應(yīng)力松弛不僅反映聚合物的結(jié)構(gòu)特征，而且可幫助了解在實(shí)際生產(chǎn)中，塑料制品成型后形狀不穩(wěn)定（翹曲、變形、應(yīng)力開裂）的原因及尋求穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的工藝方法。退火過程實(shí)際上就是維持固定形狀而促進(jìn)應(yīng)力松弛的過程。動(dòng)態(tài)粘彈性就是我們所說的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，是我們討論的重點(diǎn)。靜態(tài)粘彈性與動(dòng)態(tài)粘彈性動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)應(yīng)力松弛(stressrelaxation動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)當(dāng)材料受到正弦交變應(yīng)力作用時(shí)，對于理想彈性體，應(yīng)變對應(yīng)力的響應(yīng)是瞬間的，因而應(yīng)變響應(yīng)是與應(yīng)力同相位的正弦函數(shù)：ε(t)=ε0sinωt；對于理想粘性體，應(yīng)變響應(yīng)滯后于應(yīng)力90°相位角；對于粘彈性材料，應(yīng)變將始終滯后于應(yīng)力0°-90°的相位角δ。動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測量原理StressStrain=0°StressStrain=90°動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)當(dāng)材料受到正弦交變應(yīng)力作用時(shí)，對于理想彈性體動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測量原理

StrainStressPhaseangle0°<d<90°動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測量原理Phaseangle動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)儲(chǔ)能模量E'

，表征材料在形變過程中由于彈性形變而儲(chǔ)存的能量:損耗模量E″，因粘性形變而以熱的形式損耗的能量；力學(xué)損耗tanδ，損耗模量與儲(chǔ)能模量的比值，是材料阻尼能力的度量。研究材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的目的，就是要精確測量各種因素對動(dòng)態(tài)模量E‘

、E″及損耗因子tanδ的影響。動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測量原理E'=(stress/strain)cosE"=(stress/strain)sintan=E"/E'動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)儲(chǔ)能模量E'，表征材料在形變過程中由于彈動(dòng)態(tài)力學(xué)分析技術(shù)聚合物動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn)方法很多，按照形變模式分為拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切等。測得的模量取決于形變模式，因而彈性模量有拉伸模量、壓縮模量、剪切模量等之分。按照振動(dòng)模式分為自由衰減振動(dòng)法、強(qiáng)迫共振法、強(qiáng)迫非共振法等。動(dòng)態(tài)力學(xué)分析技術(shù)聚合物動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn)方法很多，按照形變模式分為第篇?jiǎng)討B(tài)力學(xué)分析(DMA)_課件強(qiáng)迫非共振法強(qiáng)迫非共振法是指強(qiáng)迫試樣以設(shè)定頻率振動(dòng)，測定試樣在振動(dòng)時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變幅值以及應(yīng)力與應(yīng)變之間的相位差。所有先進(jìn)的強(qiáng)迫非共振儀都包含有多種形變模式，如拉伸、壓縮、剪切、彎曲(包括三點(diǎn)彎曲、單懸臂梁與雙懸臂梁彎曲)等，有些儀器中還有桿、棒的扭轉(zhuǎn)模式。在每一種形變模式下，不僅可以在固定頻率下測定寬闊溫度范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能溫度譜或在固定溫度下測定寬頻率范圍內(nèi)的頻率譜，而且還允許多種變量組合在一起的復(fù)雜試驗(yàn)?zāi)Ｊ?。?qiáng)迫非共振法強(qiáng)迫非共振法是指強(qiáng)迫試樣以設(shè)定頻率振動(dòng)，測定試樣DMA工作原理——強(qiáng)迫非共振法DMA工作原理——強(qiáng)迫非共振法（1）試樣分別與驅(qū)動(dòng)器、應(yīng)變位移傳感器相連接（2）驅(qū)動(dòng)器將一定頻率的正弦交變作用施加到試樣上（3）由應(yīng)變位移傳感器檢測出應(yīng)變的正弦信號（4）通過應(yīng)力振幅與應(yīng)變振幅的位置比較，得到應(yīng)力與應(yīng)變的相位差（5）經(jīng)過儀器的自動(dòng)處理，得到儲(chǔ)能模量E’、損耗模量E”、力學(xué)損耗tgδ

DMA工作原理——強(qiáng)迫非共振法（1）試樣分別與驅(qū)動(dòng)器、應(yīng)變位移傳感器相連接DMA工作原理—Q800DMA儀器結(jié)構(gòu)圖UNIQUEPATENTDESIGN試樣加熱爐夾具空氣軸承軸空氣軸承光學(xué)編碼器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)低質(zhì)量高剛性夾具Q800DMA儀器結(jié)構(gòu)圖UNIQUEPATENTDESQ800DMA儀器結(jié)構(gòu)圖驅(qū)動(dòng)軸空氣軸承空氣軸承軸光學(xué)編碼器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)Q800DMA儀器結(jié)構(gòu)圖驅(qū)動(dòng)軸空氣軸承空氣軸承軸光學(xué)編碼器實(shí)驗(yàn)技術(shù)交變作用系統(tǒng)——彎曲、壓縮、拉伸、剪切、扭轉(zhuǎn)、平行板、懸臂梁等多種方式；樣品要求——形狀、尺寸隨測量系統(tǒng)變化，要求均勻、表面平整、無氣泡、各邊精確平行和垂直，濕度大的式樣必須干燥振動(dòng)頻率與振動(dòng)位移——

低頻(0.1~10Hz)有利于檢測小運(yùn)動(dòng)單元的松馳；隨頻率增加，E’和tgδ向高溫區(qū)移動(dòng)；

硬試樣小位移，軟試樣大位移；靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力——為使試樣與驅(qū)動(dòng)器和傳感器緊密接觸，要對試樣施加靜態(tài)力后再施加動(dòng)態(tài)力進(jìn)行檢測，并且靜態(tài)力適當(dāng)大于動(dòng)態(tài)力；實(shí)驗(yàn)技術(shù)交變作用系統(tǒng)——彎曲、壓縮、拉伸、剪切、扭轉(zhuǎn)、平行板DMA:拉伸模式評價(jià)薄膜、纖維及Tg以上橡膠的最佳模式按照國際標(biāo)準(zhǔn)，拉伸式樣的長度應(yīng)大于寬度的6倍，可忽略夾頭對式樣自由橫向收縮的限制。固定夾具運(yùn)動(dòng)夾具試樣DMA:拉伸模式評價(jià)薄膜、纖維及Tg以上橡膠的最佳模式固定DMA:壓縮模式對低中模量材料的最佳評估模式（如凝膠，彈性體及軟質(zhì)泡沫塑料等）壓縮式樣一般為厚度大于4mm的圓柱狀或立方體、長方體式樣，保證式樣上下平面嚴(yán)格平行。必須具備相當(dāng)?shù)膹椥?另外可提供膨脹，收縮，針刺穿透等性能測試.固定夾具樣品應(yīng)力運(yùn)動(dòng)夾具DMA:壓縮模式對低中模量材料的最佳評估模式（如凝膠，彈性DMA:單、雙懸臂梁模式

通用模式(除薄膜、纖維外的熱塑性材料，彈性體材料)，一般為片狀。

國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定此模式跨/厚比（La/d）＞16，（跨為中心點(diǎn)到端點(diǎn)的距離），以盡量減小彎曲形變中剪切分量的影響。為保證撓度的精確測量，對于模量大于50GPa的高模量材料，盡量用長而薄的式樣，對于模量小于100MPa的低模量材料，則盡量用短而厚的式樣，以保證作用力測量的精度。應(yīng)力固定夾具

試樣運(yùn)動(dòng)夾具固定夾具固定夾具固定夾具DMA:單、雙懸臂梁模式通用模式(除薄膜、纖維外的熱塑性1996,TAInstruments,Inc.DMA:3點(diǎn)彎曲模式

金屬、碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料等高模量材料的最佳模式

跨/厚比（La/d）＞8

完全沒有夾具效應(yīng)，是純變形模式探針應(yīng)力試樣平臺(tái)1996,TAInstruments,Inc.DMA剪切模式

適用于較軟的材料（模量0.1-50MPa）

式樣為尺寸完全相同的兩個(gè)矩形，可提供純剪切變形

為了避免式樣在剪切形變中出現(xiàn)彎曲而引人的誤差，國際標(biāo)準(zhǔn)推薦每個(gè)式樣在加載方向的尺寸應(yīng)超過厚度的4倍剪切模式適用于較軟的材料（模量0.1-50MPa）DMA在聚合物研究中的應(yīng)用聚合物具有粘彈性，其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能可用E’、E’’、Tanδ等參數(shù)表示，而這些參數(shù)與溫度、頻率、時(shí)間、應(yīng)力/應(yīng)變水平等有關(guān)，所以用不同的掃描方式來測試材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。DMA在聚合物研究中的應(yīng)用聚合物具有粘彈性，其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能可動(dòng)態(tài)力學(xué)溫度掃描聚合物的性質(zhì)與溫度有關(guān)，如果所處溫度不同，分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就不同，材料所表現(xiàn)出來的宏觀性能也大不相同。溫度掃描模式——在固定頻率下，測量動(dòng)態(tài)模量及力學(xué)損耗隨溫度的變化。所得曲線稱動(dòng)態(tài)力學(xué)溫度譜，為動(dòng)態(tài)力學(xué)分析中最常使用的模式。動(dòng)態(tài)力學(xué)溫度掃描聚合物的性質(zhì)與溫度有關(guān)，如果所處溫度不同，分研究聚合物的主轉(zhuǎn)變和次級轉(zhuǎn)變主轉(zhuǎn)變：隨溫度升高，非晶聚合物狀態(tài)由玻璃態(tài)向高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變，從分子運(yùn)動(dòng)看，是聚合物鏈段由凍結(jié)到自由的轉(zhuǎn)變，也稱為α轉(zhuǎn)變。次級轉(zhuǎn)變：在玻璃態(tài)，雖然鏈段被凍結(jié)，但隨溫度升高，比鏈段更小的運(yùn)動(dòng)單元（鍵長、鍵角）可以發(fā)生從凍結(jié)到運(yùn)動(dòng)或從運(yùn)動(dòng)到凍結(jié)的變化過程，此過程也是松弛過程，稱為次級轉(zhuǎn)變或次級松弛過程。這些小單元的運(yùn)動(dòng)在DMATanδ溫度譜上都有較明顯的出峰，與聚合物的低溫韌性有關(guān)，動(dòng)態(tài)方法是唯一能測出聚合物次級轉(zhuǎn)變的方法。研究聚合物的主轉(zhuǎn)變和次級轉(zhuǎn)變主轉(zhuǎn)變：隨溫度升高，非晶聚合物狀研究聚合物的主轉(zhuǎn)變和次級轉(zhuǎn)變研究聚合物的主轉(zhuǎn)變和次級轉(zhuǎn)變LDPE:初級及次級轉(zhuǎn)變TmLargescalecooperativeMotion:Disruptionofcrystallinestructureb-RelaxationAnamorphousphaserelaxationAlocal-mode,simple,non-cooperativerelaxationprocessa-RelaxationOriginatesinamorphousphaseRelatedtoglasstransitionLDPE:初級及次級轉(zhuǎn)變Tmb-Relaxationa尼龍的扭辮測試TemperatureRampat3°C/min.Frequency=1HzStrain=0.025%G’G”tan

dg-transition-140.3°Ca-transitionTg=81.6°CMeltPeak210°Cb-transition-70.8°CDegradation尼龍的扭辮測試TemperatureRampat3°C研究材料耐熱性和耐寒性及低溫韌性通過測定熱塑性聚合物的各種特征溫度（Tm、Tg、Tβ等），可評價(jià)聚合物的耐熱性、耐寒性和低溫韌性。玻璃化溫度Tg是非晶熱塑性塑料最高使用溫度和加工中模具溫度的上限值，是表征非晶態(tài)塑料耐熱性的溫度參數(shù)。對于結(jié)晶性聚合物，其耐熱性指標(biāo)用熔點(diǎn)Tm表示，所以其剛性在熔融過程中大幅下降。研究材料耐熱性和耐寒性及低溫韌性通過測定熱塑性聚合物的各種特耐熱性表征——玻璃化溫度測定E’

轉(zhuǎn)折點(diǎn)（Onset）,E”

峰位,和tan

峰位耐熱性表征——玻璃化溫度測定E’轉(zhuǎn)折點(diǎn)（Onset）,E圖17-3是聚苯硫醚用三點(diǎn)彎曲法測得的DMA溫度譜，可清晰地看到模量與溫度的變化規(guī)律。其tanδ峰約在110℃左右。圖17-3是聚苯硫醚用三點(diǎn)彎曲法測得的DMA溫度譜，可清晰地結(jié)晶度對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx204060801001201401600.010.11.0Temperature(°C)Tan0.10.51.0510Modulus(X10Nm)9-2xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx204060801001201401600.010.11.0Temperature(°C)Tan0.10.51.0510Modulus(X10Nm)9-2AMORPHOUSPETCRYSTALLINEPETRedrawnwithpermissionfromThompsonandWoods,Trans.FaradaySoc.,52,1383(1956)結(jié)晶度對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響xxxxxxxxxxxxxxxxxx結(jié)晶度對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響0%Crystallinity(100%Amorphous)25%40%65%M.P.TemperatureModulusCowie,J.M.G.,Polymers:Chemistry&PhysicsofModernMaterials,2ndEdition,Blackieacademic&Professional,andimprintofChapman&HallBishopbriggs,Glasgow,1991p.330-332.ISBN075140134XTheMainPoints1.“CrystallinityonlyaffectsthemechanicalresponseinthetemperaturerangeTgtoTm,andbelowTgtheeffectonthemodulusissmall.”2.“TheModulusofasemi-crystallinepolymerisdirectlyproportionaltothedegreeofcrystallinity.”結(jié)晶度對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響0%Crystallinity圖17-12是一系列未取向的PET聚酯纖維，在不同溫度下退火，保持5min后冷至室溫，得到一系列不同結(jié)晶度的樣品，退火溫度越高，結(jié)晶度越高。可以看出，tanδ的強(qiáng)度隨著結(jié)晶度的增加而降低，反映了非晶相的減少。tanδ主要由無定型相貢獻(xiàn)。圖17-12是一系列未取向的PET聚酯纖維，在不同溫度下退火圖17-21為尼龍6和PVC的模量-溫度圖譜。如用熱變形儀可測得尼龍6的熱變形溫度為65℃，而PVC的熱變形溫度為80℃。如此判定PVC耐熱性高于尼龍6，這顯然是不正確的。從圖17-21可以看到，顯然在80℃時(shí)PVC的模量與尼龍6在65℃基本相同，但對PVC來說80℃意味著Tg轉(zhuǎn)變，在該溫度附近模量急劇下降幾個(gè)數(shù)量級。而對尼龍6而言，65℃僅意味著非晶區(qū)的Tg轉(zhuǎn)變，晶區(qū)保持不變，這時(shí)處于韌性塑料區(qū)，仍有承載能力，到220℃才失去承載能力。圖17-21為尼龍6和PVC的模量-溫度圖譜。從圖17-21分子量對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響分子量對材料Tg溫度以下的模量沒有實(shí)質(zhì)性的影響對于應(yīng)用中機(jī)械強(qiáng)度非常重要的領(lǐng)域，如果分子量足夠高，Tg和模量的降低不依賴于分子量。低分子量（低于Mc,這時(shí)分子沒有纏結(jié)）是個(gè)例外，橡膠平臺(tái)區(qū)對分子量有著強(qiáng)烈的依賴性。在沒有交聯(lián)的情況下，材料的行為取決于分子纏結(jié)。橡膠平臺(tái)的寬度取決于每個(gè)分子中纏結(jié)點(diǎn)的數(shù)量。分子量對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響分子量對材料Tg溫度以下的模量沒有實(shí)分子量的影響RubberyPlateauRegionTransitionRegionGlassyRegionlogE'(G')TemperatureMWhaspracticallynoeffectonthemodulusbelowTgLowMWMed.MWHighMW分子量的影響RubberyPlateauTransitio交聯(lián)對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響線性高分子沿其長鏈與其它分子鏈之間可能有化學(xué)或物理的結(jié)合點(diǎn)從而造成交聯(lián)結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)交聯(lián)體系是我們熟知的熱固性高分子，因?yàn)榻宦?lián)劑有熱活性。交聯(lián)對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響線性高分子沿其長鏈與其它分子鏈之間可能交聯(lián)對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響在高分子中引入交聯(lián)會(huì)增加其密度。隨著樣品密度的增加，分子的運(yùn)動(dòng)被限制，這樣便造成玻璃轉(zhuǎn)化溫度的升高。如果交聯(lián)密度較低，Tg可能隨交聯(lián)數(shù)增加而線性增加。如果交聯(lián)密度較高，Tg變得很泛而沒有很好的規(guī)律。交聯(lián)對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響在高分子中引入交聯(lián)會(huì)增加其密度。隨著樣交聯(lián)的影響1201603001500900030,000M=MWbetweencrosslinksclogE'(G')Temperature交聯(lián)的影響1201603001500900030,000M如圖17-17所示，在環(huán)氧樹脂的固化過程中，從模量與溫度的關(guān)系圖譜，可以找到環(huán)氧樹脂初始軟化點(diǎn)，開始固化點(diǎn)，及對應(yīng)的模量和等溫固化所用的時(shí)間。另外，還可以知道樣品在固化過程中放熱，樣品溫度隨時(shí)間的變化。如圖17-17所示，在環(huán)氧樹脂的固化過程中，從模量與溫度的小結(jié)：結(jié)晶、分子量和交聯(lián)對材料性能的影響IncreasingMWCross-linkedAmorphousCrystallineIncreasingCrystallinityTmTemperaturelogModulus3decadedropinmodulusatTg小結(jié)：結(jié)晶、分子量和交聯(lián)對材料性能的影響Increasing耐寒性表征塑料耐寒性：材料的耐低溫性能取決于在低溫下分子結(jié)構(gòu)中是否存在小的運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)（次級轉(zhuǎn)變），而小運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)可以靈敏地反映在tanδ-T譜上。在DMA譜圖上低溫?fù)p耗峰位置越低，強(qiáng)度越強(qiáng)，則塑料的低溫韌性越好，耐寒性越好。耐寒性表征塑料耐寒性：材料的耐低溫性能取決于在低溫下分子結(jié)構(gòu)E‘E‘’，Tanδδγβα非晶態(tài)高聚物DMA溫度譜（頻率一定）次級松弛轉(zhuǎn)變玻璃化轉(zhuǎn)變T耐寒性或低溫韌性評價(jià)E‘E‘’，Tanδδγβα非晶態(tài)高聚物DMA溫度譜（頻率一耐寒性表征曲線1的分散相(島相)是聚丁二烯段；曲線2是丁苯橡膠；曲線3是丁腈膠。對應(yīng)Tg分別為－80℃、－40℃和－5℃。由于丁二烯的鏈段活動(dòng)能力最強(qiáng)，故1的耐寒性最好。耐寒性表征曲線1的分散相(島相)是聚丁二烯段；曲線2是丁2.研究均聚物、共聚物及共混物對于共聚物，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度一般介于兩種均聚物的玻璃化溫度之間，靠近含量較高的一種的Tg。兩種均聚物的共混物則保留其原有組分的Tg，因此用此方法可以區(qū)分共聚物和共混物。但兩相嵌段共聚物也有兩個(gè)Tg轉(zhuǎn)變，說明兩相是分離的，如果軟段含量增加，在兩相Tg之間材料會(huì)進(jìn)一步軟化，表現(xiàn)為模量明顯下降。2.研究均聚物、共聚物及共混物對于共聚物，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度一2.研究均聚物、共聚物及共混物1.由內(nèi)耗曲線可讀出兩種均聚物的Tg;由于聚丁二烯形成了結(jié)晶,其模量在Tg后下降不多,經(jīng)過熔融后才大幅下降,而PIP不結(jié)晶,其模量在Tg后即大幅度下降;2.丁二烯與異戊二烯的共聚物只出現(xiàn)一個(gè)Tg—無規(guī)共聚物,該共聚物不能結(jié)晶,模量在Tg后大幅下降;2.研究均聚物、共聚物及共混物1.由內(nèi)耗曲線可讀出兩種均聚物聚苯乙烯/丁苯橡膠共混物聚苯乙烯/丁苯橡膠共混物從圖17-6可以看出，軟段丁二烯的Tg在－90℃左右，硬段苯乙烯的Tg在100～110℃之間。隨著丁二烯含量的增加，在兩個(gè)Tg轉(zhuǎn)變區(qū)間，從－80℃開始模量明顯下降。從圖17-6可以看出，軟段丁二烯的Tg在－90℃左右，硬段苯研究聚合物的老化聚合物材料老化，性能下降的原因在于結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。這種結(jié)構(gòu)變化往往是大分子發(fā)生了交聯(lián)、或致密化、或分子斷鏈成新的化合物。體系中各種分子運(yùn)動(dòng)活性受到抑制或加速，在動(dòng)態(tài)力學(xué)圖譜中都可以加以體現(xiàn)。如材料的交聯(lián)或致密，使大分子鏈柔性或某運(yùn)動(dòng)單元的活性降低，使Tg移向高溫。斷鏈?zhǔn)箚卧钚栽黾?，使Tg移向低溫，次級轉(zhuǎn)變峰高上升。發(fā)生化學(xué)變化時(shí)，就會(huì)有新的峰產(chǎn)生。所以動(dòng)態(tài)力學(xué)方法也是一種快速擇優(yōu)選材的方法。研究聚合物的老化聚合物材料老化，性能下降的原因在于結(jié)構(gòu)發(fā)生變圖17-22是六種聚合物進(jìn)行光老化比較它們的耐光性能得到的tanδ-T譜圖。圖(a)tanδ75

℃峰逐漸變寬，最后分立為兩個(gè)峰，說明有鏈的斷裂

(部分峰移向低溫區(qū))，又有交聯(lián)

(移向高溫區(qū))，根據(jù)峰形變化，應(yīng)以斷鏈為主。圖17-22是六種聚合物進(jìn)行光老化比較它們的耐光性能得到的t圖(b)為PET在24h老化后，與未老化的性能沒有多大變化，但48h后，低溫內(nèi)耗峰向高溫移動(dòng)，高溫內(nèi)耗峰向低溫移動(dòng)，必引起PET性能的變化。圖(b)為PET在24h老化后，與未老化的性能沒有多大變化圖(c)為乙酸/丙烯酸共聚物在老化前后，內(nèi)耗峰位置幾乎沒有變化，說明該材料耐老化。圖(c)為乙酸/丙烯酸共聚物在老化前后，內(nèi)耗峰位置幾乎沒有圖(d)PES的耐老化實(shí)驗(yàn)在中途停止，是由于PES老化過程中出現(xiàn)微裂紋，造成測試過程中斷，實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行。圖(d)PES的耐老化實(shí)驗(yàn)在中途停止，是由于PES老化過程圖(e)水基氨基甲酸樹脂老化前后tanδ-T譜變化不大。圖(e)水基氨基甲酸樹脂老化前后tanδ-T譜變化不大。圖(f)UV-固化硫醇樹脂老化前后，高溫主轉(zhuǎn)變峰向高溫移動(dòng)40℃，可判定為該樹脂老化是繼續(xù)交聯(lián)使脆性增加。圖(f)UV-固化硫醇樹脂老化前后，高溫主轉(zhuǎn)變峰向高溫移動(dòng)從上述譜圖分析，可得出結(jié)論：乙烯/丙烯酸共聚物和水基氨基甲酸樹脂適合于作燈光系統(tǒng)的薄膜；尼龍6和PET比較容易老化，只能短期使用，UV-固化硫醇樹脂和PES根本不能選用。從上述譜圖分析，可得出結(jié)論：乙烯/丙烯酸共聚物和水基氨基甲酸第篇?jiǎng)討B(tài)力學(xué)分析(DMA)_圖文.pptx第篇?jiǎng)討B(tài)力學(xué)分析(DMA)_圖文.pptx動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)普彈性：外力作用下立即產(chǎn)生形變，外力除去后，形變立即回復(fù)，形變對外力的響應(yīng)是瞬間的。固體材料都具有上述彈性。理想彈性體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系服從虎克定律，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比例系數(shù)為彈性模量：

σ=Eε彈性模量表示材料的剛度，即材料抵抗變形的能力。外力對材料做的功全部以彈性能的形式儲(chǔ)存起來。材料的粘彈性動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)普彈性：外力作用下立即產(chǎn)生形變，外力除去后，動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)黏性：材料受到外力時(shí)，理想黏性體的應(yīng)變隨時(shí)間線性增加，去除外力后，產(chǎn)生的形變完全不可回復(fù)。外力做的功全部以熱能的形式消耗掉了，用以克服分子間的摩擦力從而實(shí)現(xiàn)分子間的相對遷移。理想黏性流體的流變行為服從牛頓定律，即應(yīng)力與應(yīng)變速率成正比，比例系數(shù)為黏度。以剪切為例，牛頓定律表達(dá)式為：

τ=ηdγ/dt=ηγ材料的粘彈性動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)黏性：材料受到外力時(shí)，理想黏性體的應(yīng)變隨時(shí)間動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)對于粘彈性材料，力學(xué)行為既不服從虎克定律，也不服從牛頓定律，而是介于兩者之間。當(dāng)受到外力時(shí)，粘彈性材料的應(yīng)變隨時(shí)間作非線性變化，去除外力，所產(chǎn)生的形變隨時(shí)間逐漸且部分回復(fù)，其中彈性形變部分可以回復(fù)，黏性形變部分不能回復(fù)。外力對粘彈體所做的功一部分以彈性能的形式儲(chǔ)存起來，另一部分則以熱能的形式消耗掉了。同時(shí)具有粘性和彈性兩種特性。材料的粘彈性動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)對于粘彈性材料，力學(xué)行為既不服從虎克定律，也動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)在短時(shí)間（高頻率）作用下為類似固體的響應(yīng)在長時(shí)間（低頻率）作用下為類似液體的響應(yīng)如果時(shí)間足夠長任何東西都在流動(dòng)!粘彈行為－時(shí)間依賴性動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)在短時(shí)間（高頻率）作用下為類似固體的響應(yīng)粘彈Tisshort[<1s]Tislong[24hours]“SillyPutty”的固體和液體特性Tisshort[<1s]Tislong[24動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)聚合物是典型的粘彈性材料，兼有粘性流體和彈性固體的某些特性。當(dāng)聚合物作為結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)，主要利用它的彈性和強(qiáng)度，要求它在使用溫度范圍內(nèi)有較大的儲(chǔ)能模量。當(dāng)聚合物作為減震和吸音材料使用時(shí)，主要利用它的粘性，要求在一定頻率范圍內(nèi)有較高的阻尼（將固體機(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳⒌牟牧希２牧系恼硰椥詣?dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)聚合物是典型的粘彈性材料，兼有粘性流體和彈性動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)材料的靜態(tài)粘彈性主要表現(xiàn)在蠕變和應(yīng)力松弛兩個(gè)方面。蠕變（creep)是指材料在恒定應(yīng)力下，形變隨時(shí)間增加而增加的現(xiàn)象。對于高分子材料，高聚物分子構(gòu)象發(fā)生變化，受分子相互作用的影響，分子相對移動(dòng)而取向重排，這種行為不能瞬時(shí)完成而需一定的時(shí)間，因此在整個(gè)蠕變過程中表現(xiàn)出不同的蠕變階段。包括三種形態(tài)：即普彈形變、高彈形變和塑性形變。材料的總形變?yōu)椋?/p>

ε=ε1+ε2+ε3靜態(tài)粘彈性與動(dòng)態(tài)粘彈性動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)材料的靜態(tài)粘彈性主要表現(xiàn)在蠕變和應(yīng)力松弛兩個(gè)動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)應(yīng)力松弛(stressrelaxation)指高聚物在恒應(yīng)變下應(yīng)力隨時(shí)間衰減的現(xiàn)象。應(yīng)力松弛不僅反映聚合物的結(jié)構(gòu)特征，而且可幫助了解在實(shí)際生產(chǎn)中，塑料制品成型后形狀不穩(wěn)定（翹曲、變形、應(yīng)力開裂）的原因及尋求穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的工藝方法。退火過程實(shí)際上就是維持固定形狀而促進(jìn)應(yīng)力松弛的過程。動(dòng)態(tài)粘彈性就是我們所說的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，是我們討論的重點(diǎn)。靜態(tài)粘彈性與動(dòng)態(tài)粘彈性動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)應(yīng)力松弛(stressrelaxation動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)當(dāng)材料受到正弦交變應(yīng)力作用時(shí)，對于理想彈性體，應(yīng)變對應(yīng)力的響應(yīng)是瞬間的，因而應(yīng)變響應(yīng)是與應(yīng)力同相位的正弦函數(shù)：ε(t)=ε0sinωt；對于理想粘性體，應(yīng)變響應(yīng)滯后于應(yīng)力90°相位角；對于粘彈性材料，應(yīng)變將始終滯后于應(yīng)力0°-90°的相位角δ。動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測量原理StressStrain=0°StressStrain=90°動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)當(dāng)材料受到正弦交變應(yīng)力作用時(shí)，對于理想彈性體動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測量原理

StrainStressPhaseangle0°<d<90°動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測量原理Phaseangle動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)儲(chǔ)能模量E'

，表征材料在形變過程中由于彈性形變而儲(chǔ)存的能量:損耗模量E″，因粘性形變而以熱的形式損耗的能量；力學(xué)損耗tanδ，損耗模量與儲(chǔ)能模量的比值，是材料阻尼能力的度量。研究材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的目的，就是要精確測量各種因素對動(dòng)態(tài)模量E‘

、E″及損耗因子tanδ的影響。動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測量原理E'=(stress/strain)cosE"=(stress/strain)sintan=E"/E'動(dòng)態(tài)力學(xué)分析基礎(chǔ)儲(chǔ)能模量E'，表征材料在形變過程中由于彈動(dòng)態(tài)力學(xué)分析技術(shù)聚合物動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn)方法很多，按照形變模式分為拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切等。測得的模量取決于形變模式，因而彈性模量有拉伸模量、壓縮模量、剪切模量等之分。按照振動(dòng)模式分為自由衰減振動(dòng)法、強(qiáng)迫共振法、強(qiáng)迫非共振法等。動(dòng)態(tài)力學(xué)分析技術(shù)聚合物動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn)方法很多，按照形變模式分為第篇?jiǎng)討B(tài)力學(xué)分析(DMA)_課件強(qiáng)迫非共振法強(qiáng)迫非共振法是指強(qiáng)迫試樣以設(shè)定頻率振動(dòng)，測定試樣在振動(dòng)時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變幅值以及應(yīng)力與應(yīng)變之間的相位差。所有先進(jìn)的強(qiáng)迫非共振儀都包含有多種形變模式，如拉伸、壓縮、剪切、彎曲(包括三點(diǎn)彎曲、單懸臂梁與雙懸臂梁彎曲)等，有些儀器中還有桿、棒的扭轉(zhuǎn)模式。在每一種形變模式下，不僅可以在固定頻率下測定寬闊溫度范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能溫度譜或在固定溫度下測定寬頻率范圍內(nèi)的頻率譜，而且還允許多種變量組合在一起的復(fù)雜試驗(yàn)?zāi)Ｊ?。?qiáng)迫非共振法強(qiáng)迫非共振法是指強(qiáng)迫試樣以設(shè)定頻率振動(dòng)，測定試樣DMA工作原理——強(qiáng)迫非共振法DMA工作原理——強(qiáng)迫非共振法（1）試樣分別與驅(qū)動(dòng)器、應(yīng)變位移傳感器相連接（2）驅(qū)動(dòng)器將一定頻率的正弦交變作用施加到試樣上（3）由應(yīng)變位移傳感器檢測出應(yīng)變的正弦信號（4）通過應(yīng)力振幅與應(yīng)變振幅的位置比較，得到應(yīng)力與應(yīng)變的相位差（5）經(jīng)過儀器的自動(dòng)處理，得到儲(chǔ)能模量E’、損耗模量E”、力學(xué)損耗tgδ

DMA工作原理——強(qiáng)迫非共振法（1）試樣分別與驅(qū)動(dòng)器、應(yīng)變位移傳感器相連接DMA工作原理—Q800DMA儀器結(jié)構(gòu)圖UNIQUEPATENTDESIGN試樣加熱爐夾具空氣軸承軸空氣軸承光學(xué)編碼器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)低質(zhì)量高剛性夾具Q800DMA儀器結(jié)構(gòu)圖UNIQUEPATENTDESQ800DMA儀器結(jié)構(gòu)圖驅(qū)動(dòng)軸空氣軸承空氣軸承軸光學(xué)編碼器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)Q800DMA儀器結(jié)構(gòu)圖驅(qū)動(dòng)軸空氣軸承空氣軸承軸光學(xué)編碼器實(shí)驗(yàn)技術(shù)交變作用系統(tǒng)——彎曲、壓縮、拉伸、剪切、扭轉(zhuǎn)、平行板、懸臂梁等多種方式；樣品要求——形狀、尺寸隨測量系統(tǒng)變化，要求均勻、表面平整、無氣泡、各邊精確平行和垂直，濕度大的式樣必須干燥振動(dòng)頻率與振動(dòng)位移——

低頻(0.1~10Hz)有利于檢測小運(yùn)動(dòng)單元的松馳；隨頻率增加，E’和tgδ向高溫區(qū)移動(dòng)；

硬試樣小位移，軟試樣大位移；靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力——為使試樣與驅(qū)動(dòng)器和傳感器緊密接觸，要對試樣施加靜態(tài)力后再施加動(dòng)態(tài)力進(jìn)行檢測，并且靜態(tài)力適當(dāng)大于動(dòng)態(tài)力；實(shí)驗(yàn)技術(shù)交變作用系統(tǒng)——彎曲、壓縮、拉伸、剪切、扭轉(zhuǎn)、平行板DMA:拉伸模式評價(jià)薄膜、纖維及Tg以上橡膠的最佳模式按照國際標(biāo)準(zhǔn)，拉伸式樣的長度應(yīng)大于寬度的6倍，可忽略夾頭對式樣自由橫向收縮的限制。固定夾具運(yùn)動(dòng)夾具試樣DMA:拉伸模式評價(jià)薄膜、纖維及Tg以上橡膠的最佳模式固定DMA:壓縮模式對低中模量材料的最佳評估模式（如凝膠，彈性體及軟質(zhì)泡沫塑料等）壓縮式樣一般為厚度大于4mm的圓柱狀或立方體、長方體式樣，保證式樣上下平面嚴(yán)格平行。必須具備相當(dāng)?shù)膹椥?另外可提供膨脹，收縮，針刺穿透等性能測試.固定夾具樣品應(yīng)力運(yùn)動(dòng)夾具DMA:壓縮模式對低中模量材料的最佳評估模式（如凝膠，彈性DMA:單、雙懸臂梁模式

通用模式(除薄膜、纖維外的熱塑性材料，彈性體材料)，一般為片狀。

國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定此模式跨/厚比（La/d）＞16，（跨為中心點(diǎn)到端點(diǎn)的距離），以盡量減小彎曲形變中剪切分量的影響。為保證撓度的精確測量，對于模量大于50GPa的高模量材料，盡量用長而薄的式樣，對于模量小于100MPa的低模量材料，則盡量用短而厚的式樣，以保證作用力測量的精度。應(yīng)力固定夾具

試樣運(yùn)動(dòng)夾具固定夾具固定夾具固定夾具DMA:單、雙懸臂梁模式通用模式(除薄膜、纖維外的熱塑性1996,TAInstruments,Inc.DMA:3點(diǎn)彎曲模式

金屬、碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料等高模量材料的最佳模式

跨/厚比（La/d）＞8

完全沒有夾具效應(yīng)，是純變形模式探針應(yīng)力試樣平臺(tái)1996,TAInstruments,Inc.DMA剪切模式

適用于較軟的材料（模量0.1-50MPa）

式樣為尺寸完全相同的兩個(gè)矩形，可提供純剪切變形

為了避免式樣在剪切形變中出現(xiàn)彎曲而引人的誤差，國際標(biāo)準(zhǔn)推薦每個(gè)式樣在加載方向的尺寸應(yīng)超過厚度的4倍剪切模式適用于較軟的材料（模量0.1-50MPa）DMA在聚合物研究中的應(yīng)用聚合物具有粘彈性，其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能可用E’、E’’、Tanδ等參數(shù)表示，而這些參數(shù)與溫度、頻率、時(shí)間、應(yīng)力/應(yīng)變水平等有關(guān)，所以用不同的掃描方式來測試材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。DMA在聚合物研究中的應(yīng)用聚合物具有粘彈性，其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能可動(dòng)態(tài)力學(xué)溫度掃描聚合物的性質(zhì)與溫度有關(guān)，如果所處溫度不同，分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就不同，材料所表現(xiàn)出來的宏觀性能也大不相同。溫度掃描模式——在固定頻率下，測量動(dòng)態(tài)模量及力學(xué)損耗隨溫度的變化。所得曲線稱動(dòng)態(tài)力學(xué)溫度譜，為動(dòng)態(tài)力學(xué)分析中最常使用的模式。動(dòng)態(tài)力學(xué)溫度掃描聚合物的性質(zhì)與溫度有關(guān)，如果所處溫度不同，分研究聚合物的主轉(zhuǎn)變和次級轉(zhuǎn)變主轉(zhuǎn)變：隨溫度升高，非晶聚合物狀態(tài)由玻璃態(tài)向高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變，從分子運(yùn)動(dòng)看，是聚合物鏈段由凍結(jié)到自由的轉(zhuǎn)變，也稱為α轉(zhuǎn)變。次級轉(zhuǎn)變：在玻璃態(tài)，雖然鏈段被凍結(jié)，但隨溫度升高，比鏈段更小的運(yùn)動(dòng)單元（鍵長、鍵角）可以發(fā)生從凍結(jié)到運(yùn)動(dòng)或從運(yùn)動(dòng)到凍結(jié)的變化過程，此過程也是松弛過程，稱為次級轉(zhuǎn)變或次級松弛過程。這些小單元的運(yùn)動(dòng)在DMATanδ溫度譜上都有較明顯的出峰，與聚合物的低溫韌性有關(guān)，動(dòng)態(tài)方法是唯一能測出聚合物次級轉(zhuǎn)變的方法。研究聚合物的主轉(zhuǎn)變和次級轉(zhuǎn)變主轉(zhuǎn)變：隨溫度升高，非晶聚合物狀研究聚合物的主轉(zhuǎn)變和次級轉(zhuǎn)變研究聚合物的主轉(zhuǎn)變和次級轉(zhuǎn)變LDPE:初級及次級轉(zhuǎn)變TmLargescalecooperativeMotion:Disruptionofcrystallinestructureb-RelaxationAnamorphousphaserelaxationAlocal-mode,simple,non-cooperativerelaxationprocessa-RelaxationOriginatesinamorphousphaseRelatedtoglasstransitionLDPE:初級及次級轉(zhuǎn)變Tmb-Relaxationa尼龍的扭辮測試TemperatureRampat3°C/min.Frequency=1HzStrain=0.025%G’G”tan

dg-transition-140.3°Ca-transitionTg=81.6°CMeltPeak210°Cb-transition-70.8°CDegradation尼龍的扭辮測試TemperatureRampat3°C研究材料耐熱性和耐寒性及低溫韌性通過測定熱塑性聚合物的各種特征溫度（Tm、Tg、Tβ等），可評價(jià)聚合物的耐熱性、耐寒性和低溫韌性。玻璃化溫度Tg是非晶熱塑性塑料最高使用溫度和加工中模具溫度的上限值，是表征非晶態(tài)塑料耐熱性的溫度參數(shù)。對于結(jié)晶性聚合物，其耐熱性指標(biāo)用熔點(diǎn)Tm表示，所以其剛性在熔融過程中大幅下降。研究材料耐熱性和耐寒性及低溫韌性通過測定熱塑性聚合物的各種特耐熱性表征——玻璃化溫度測定E’

轉(zhuǎn)折點(diǎn)（Onset）,E”

峰位,和tan

峰位耐熱性表征——玻璃化溫度測定E’轉(zhuǎn)折點(diǎn)（Onset）,E圖17-3是聚苯硫醚用三點(diǎn)彎曲法測得的DMA溫度譜，可清晰地看到模量與溫度的變化規(guī)律。其tanδ峰約在110℃左右。圖17-3是聚苯硫醚用三點(diǎn)彎曲法測得的DMA溫度譜，可清晰地結(jié)晶度對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx204060801001201401600.010.11.0Temperature(°C)Tan0.10.51.0510Modulus(X10Nm)9-2xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx204060801001201401600.010.11.0Temperature(°C)Tan0.10.51.0510Modulus(X10Nm)9-2AMORPHOUSPETCRYSTALLINEPETRedrawnwithpermissionfromThompsonandWoods,Trans.FaradaySoc.,52,1383(1956)結(jié)晶度對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響xxxxxxxxxxxxxxxxxx結(jié)晶度對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響0%Crystallinity(100%Amorphous)25%40%65%M.P.TemperatureModulusCowie,J.M.G.,Polymers:Chemistry&PhysicsofModernMaterials,2ndEdition,Blackieacademic&Professional,andimprintofChapman&HallBishopbriggs,Glasgow,1991p.330-332.ISBN075140134XTheMainPoints1.“CrystallinityonlyaffectsthemechanicalresponseinthetemperaturerangeTgtoTm,andbelowTgtheeffectonthemodulusissmall.”2.“TheModulusofasemi-crystallinepolymerisdirectlyproportionaltothedegreeofcrystallinity.”結(jié)晶度對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響0%Crystallinity圖17-12是一系列未取向的PET聚酯纖維，在不同溫度下退火，保持5min后冷至室溫，得到一系列不同結(jié)晶度的樣品，退火溫度越高，結(jié)晶度越高?？梢钥闯?，tanδ的強(qiáng)度隨著結(jié)晶度的增加而降低，反映了非晶相的減少。tanδ主要由無定型相貢獻(xiàn)。圖17-12是一系列未取向的PET聚酯纖維，在不同溫度下退火圖17-21為尼龍6和PVC的模量-溫度圖譜。如用熱變形儀可測得尼龍6的熱變形溫度為65℃，而PVC的熱變形溫度為80℃。如此判定PVC耐熱性高于尼龍6，這顯然是不正確的。從圖17-21可以看到，顯然在80℃時(shí)PVC的模量與尼龍6在65℃基本相同，但對PVC來說80℃意味著Tg轉(zhuǎn)變，在該溫度附近模量急劇下降幾個(gè)數(shù)量級。而對尼龍6而言，65℃僅意味著非晶區(qū)的Tg轉(zhuǎn)變，晶區(qū)保持不變，這時(shí)處于韌性塑料區(qū)，仍有承載能力，到220℃才失去承載能力。圖17-21為尼龍6和PVC的模量-溫度圖譜。從圖17-21分子量對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響分子量對材料Tg溫度以下的模量沒有實(shí)質(zhì)性的影響對于應(yīng)用中機(jī)械強(qiáng)度非常重要的領(lǐng)域，如果分子量足夠高，Tg和模量的降低不依賴于分子量。低分子量（低于Mc,這時(shí)分子沒有纏結(jié)）是個(gè)例外，橡膠平臺(tái)區(qū)對分子量有著強(qiáng)烈的依賴性。在沒有交聯(lián)的情況下，材料的行為取決于分子纏結(jié)。橡膠平臺(tái)的寬度取決于每個(gè)分子中纏結(jié)點(diǎn)的數(shù)量。分子量對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響分子量對材料Tg溫度以下的模量沒有實(shí)分子量的影響RubberyPlateauRegionTransitionRegionGlassyRegionlogE'(G')TemperatureMWhaspracticallynoeffectonthemodulusbelowTgLowMWMed.MWHighMW分子量的影響RubberyPlateauTransitio交聯(lián)對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響線性高分子沿其長鏈與其它分子鏈之間可能有化學(xué)或物理的結(jié)合點(diǎn)從而造成交聯(lián)結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)交聯(lián)體系是我們熟知的熱固性高分子，因?yàn)榻宦?lián)劑有熱活性。交聯(lián)對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響線性高分子沿其長鏈與其它分子鏈之間可能交聯(lián)對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響在高分子中引入交聯(lián)會(huì)增加其密度。隨著樣品密度的增加，分子的運(yùn)動(dòng)被限制，這樣便造成玻璃轉(zhuǎn)化溫度的升高。如果交聯(lián)密度較低，Tg可能隨交聯(lián)數(shù)增加而線性增加。如果交聯(lián)密度較高，Tg變得很泛而沒有很好的規(guī)律。交聯(lián)對玻璃化轉(zhuǎn)變的影響在高分子中引入交聯(lián)會(huì)增加其密度。隨著樣交聯(lián)的影響1201603001500900030,000M=MWbetweencrosslinksclogE'(G')Temperature交聯(lián)的影響1201603001500900030,000M如圖17-17所示，在環(huán)氧樹脂的固化過程中，從模量與溫度的關(guān)系圖譜，可以找到環(huán)氧樹脂初始軟化點(diǎn)，開始固化點(diǎn)，及對應(yīng)的模量和等溫固化所用的時(shí)間。另外，還可以知道樣品在固化過程中放熱，樣品溫度隨時(shí)間的變化。如圖17-17所示，在環(huán)氧樹脂的固化過程中，從模量與溫度的小結(jié)：結(jié)晶、分子量和交聯(lián)對材料性能的影響IncreasingMWCross-linkedAmorphousCrystallineI