環(huán)氧樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)試實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)名稱環(huán)氧樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)試實(shí)驗(yàn)李福凱1153342 專業(yè)班級(jí) 航空復(fù)合材料?實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私猸h(huán)氧樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變機(jī)理，掌握對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)試的方法。初步學(xué)會(huì)使用DMA儀器測(cè)定高聚物的操作技術(shù)，并掌握實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的基本方法。二?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1?選定一中環(huán)氧樹脂配方，進(jìn)行固化，并加工成制定尺寸形狀。2?用動(dòng)態(tài)熱機(jī)械測(cè)試儀(DMA)對(duì)試樣進(jìn)行熱機(jī)械分析，得到熱機(jī)械分析曲線。根據(jù)熱分析曲線進(jìn)行分析判斷，得到樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。三?實(shí)驗(yàn)原理高聚物是黏彈態(tài)材料之一，具有粘性和彈性固體的特性。它一方面想彈性材料具有貯存機(jī)械能的特性，這種特性不損耗能量；另一方面，它又具有像非流體靜應(yīng)力下的粘液，會(huì)損耗能量而不能貯存能量。當(dāng)高分子材料形變時(shí)，一部分能量變成位能，一部分變成熱而損耗。能量的損耗可由力學(xué)阻尼和內(nèi)摩擦生成的熱證明。滯后現(xiàn)象屬于高聚物的動(dòng)態(tài)粘彈性。動(dòng)態(tài)粘彈性是指聚合物在周期性變化的應(yīng)力(或應(yīng)變)作用下的力學(xué)行為，也稱為動(dòng)態(tài)力學(xué)性質(zhì)。滯后現(xiàn)象：高聚物在交變應(yīng)力作用下，形變落后于應(yīng)力變化的現(xiàn)象稱為“滯后現(xiàn)象”。在周期性變化的量中，最簡(jiǎn)單是正弦變量。亠「、.Q(t)=Qsinwt周期性應(yīng)力： os(t)=ssin(wt-8)形變隨時(shí)間的變化： 0式中：w——外力變化的角頻率，w=2兀V(V是頻率)；T 時(shí)間；5 形變發(fā)展落后于應(yīng)力的相位差。滯后現(xiàn)象的原因：鏈段在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到內(nèi)摩擦力的作用，當(dāng)外力變化時(shí)，鏈段運(yùn)動(dòng)跟不上外力的變化，所以形變落后于應(yīng)力，有一個(gè)相位差。力學(xué)損耗：如果形變的變化落后于應(yīng)力的變化，發(fā)生滯后現(xiàn)象，則每一循環(huán)變化中就要消耗功(變成熱)，稱為力學(xué)損耗，也稱為內(nèi)耗。拉仲和回縮時(shí)，外力對(duì)橡膠所做的功和橡膠對(duì)外力所做的回縮功分別相當(dāng)于拉仲曲線和回縮曲線下的面積。于是一個(gè)拉仲-回縮循環(huán)中所損耗的能量與這2塊面積之差相當(dāng)。“滯后圈”：橡膠的拉仲-回縮循環(huán)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，所構(gòu)成的閉合曲線稱為“滯后圈”，滯后圈的大小恰為單位體積的橡膠在每一個(gè)拉仲-回縮循環(huán)中所損耗的功，有AW=Jo(t)d￡(t)=Jo(t嚴(yán)'dtdtAW=o￡J2Kwsinwtcos(wt-5)dt積分得AW積分得AW=兀0￡sin500力學(xué)損耗角：5也常用tan5表示內(nèi)耗的大小，叫做“損耗因子”。

口A橡膠的拉伸-回縮循環(huán)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線內(nèi)耗與溫度的關(guān)系（固定外力頻率）高聚物的內(nèi)耗與溫度的關(guān)系T〈Tg口A橡膠的拉伸-回縮循環(huán)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線內(nèi)耗與溫度的關(guān)系（固定外力頻率）高聚物的內(nèi)耗與溫度的關(guān)系T〈Tg時(shí)，鏈段被“凍結(jié)”，完全不能運(yùn)動(dòng)，所以損耗很小；T接近Tg時(shí)，鏈段能運(yùn)動(dòng)，但阻力（內(nèi)摩擦力）很大，所以損耗大;Tf〉T〉〉Tg時(shí)，鏈段運(yùn)動(dòng)能力很強(qiáng)，損耗小；T〉Tf時(shí)，整鏈運(yùn)動(dòng)，損耗很大。內(nèi)耗與頻率的關(guān)系（固定溫度）咼聚物的內(nèi)耗與頻率的關(guān)系動(dòng)態(tài)模量應(yīng)力變化比應(yīng)變變化領(lǐng)先一個(gè)相位角5，應(yīng)力可表示為o（t）=osin?tcos5+acos?tsin500定義cos5sin5E〃二精度:負(fù)荷sin5E〃二精度:負(fù)荷0.000麗據(jù)。（測(cè)

行試驗(yàn)2）—

匕丿0o（t）=wEsin?t+￡E"cos?t00模量可用復(fù)數(shù)模量表示：E*=E"+iE"實(shí)數(shù)模量E'稱為貯存模量；虛數(shù)模量E”稱為損耗模量。有如下關(guān)系:E〃tan5=-E"聚合物的轉(zhuǎn)變和松弛與分子運(yùn)動(dòng)有關(guān)。由于聚合物分子是一個(gè)長(zhǎng)鏈的分子，它的運(yùn)動(dòng)有很多形式，包括側(cè)基的轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)、短鏈段的運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)鏈段的運(yùn)動(dòng)以及整條分子鏈的位移各種形式的運(yùn)動(dòng)都是在熱能量激發(fā)下發(fā)生的。它既受大分子內(nèi)鏈段（原子團(tuán)）之間的內(nèi)聚力的牽制，又受分子鏈間的內(nèi)聚力的牽制。這些內(nèi)聚力都限制聚合物的最低能位置。分子實(shí)際上不發(fā)生運(yùn)動(dòng)，然而隨溫度升高，不同結(jié)構(gòu)單元開始熱振動(dòng)，并不斷外加振動(dòng)的動(dòng)能接近或超過結(jié)構(gòu)單元內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘的熱能值時(shí)，該結(jié)構(gòu)單元就發(fā)生運(yùn)動(dòng)，如移動(dòng)等，大分子鏈的各種形式的運(yùn)動(dòng)都有各自特定的頻率。這種特定的頻率是由溫度運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)單元的慣量矩所決定的。而各種形式的分子運(yùn)動(dòng)的開始發(fā)生便引起聚合物物理性質(zhì)發(fā)生變化而導(dǎo)致轉(zhuǎn)變或松弛，體現(xiàn)在動(dòng)態(tài)力學(xué)曲線上的就是聚合物的多重轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)儀器DMAQ800是由美國(guó)TAINSTRUMENTS公司生產(chǎn)的新一代動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀（見圖2-64）。它采用非接觸式線性驅(qū)動(dòng)馬達(dá)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的步進(jìn)馬達(dá)直接對(duì)樣品施加應(yīng)力，以空氣軸承取代傳統(tǒng)的機(jī)械軸承以減少軸承在運(yùn)行過程中的摩擦力，并通過光學(xué)讀數(shù)器來控制軸承位移，精確度達(dá)lnm；配置多種先進(jìn)夾具（如三點(diǎn)彎曲、單懸臂、雙懸臂、夾心剪切、壓縮、拉伸等夾具），可進(jìn)行多樣的操作模式，如共振、應(yīng)力松弛、蠕變、固定頻率溫度掃描（頻率范圍為0.01?210Hz,溫度范圍為-180?600°C）、同時(shí)多個(gè)頻率對(duì)溫度掃描、自動(dòng)張量補(bǔ)償功能、TMA等，通過隨機(jī)專業(yè)軟件的分析可獲得高解析度的聚合物動(dòng)態(tài)力學(xué)性能方面的數(shù)近1nm,Tan^0.0001，模量1%）。本實(shí)驗(yàn)使用三點(diǎn)彎曲夾具進(jìn)實(shí)驗(yàn)步驟開機(jī)。合電源總閘，按照先冷壓機(jī)再主機(jī)的順序依次打開相關(guān)設(shè)備電源后，再啟動(dòng)計(jì)算機(jī)。打開軟件，預(yù)熱30分鐘。夾具校正。夾具的安裝、校正（夾具質(zhì)量校正、柔量校正），按軟件菜單提示進(jìn)行。樣品安裝。利用DMA軟件，設(shè)定測(cè)試條件，進(jìn)行測(cè)試，保存檢測(cè)數(shù)據(jù)至文件夾中。先關(guān)閉計(jì)算機(jī)后，再關(guān)閉相關(guān)設(shè)備電源。將相關(guān)工具和檢測(cè)試樣，放回原處，將實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地清理干凈。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析試樣尺寸：Size長(zhǎng)50.0000寬12.4000高2.30000mm由實(shí)驗(yàn)圖像中損耗角曲線在大約125攝氏度時(shí)出現(xiàn)峰值，可粗略的得出該樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為125°七.注意事項(xiàng)1?在未經(jīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師的允許下，不得擅自操作設(shè)備。開機(jī)時(shí)，先打開相關(guān)設(shè)備電源后，再啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，否則會(huì)出現(xiàn)計(jì)算機(jī)無法啟動(dòng)的故障。在試驗(yàn)過程中，如發(fā)現(xiàn)設(shè)備有異常情況時(shí)，可按下軟件中停止按鈕，停止試驗(yàn)，并及時(shí)與指導(dǎo)老師聯(lián)系，以免人員受傷。八.思考1.除了DMA外還可以采用什么設(shè)備方法進(jìn)行樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)定？答：常用的測(cè)定聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變的方法有靜態(tài)熱機(jī)械法TMA（如膨脹計(jì)法、溫度形變曲線法等）、動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)量法DMA（如扭辮法和扭擺法等）、熱力學(xué)方法（如示差掃描法DSC或差熱分析法DTA）等。2?為什么聚合物在玻璃態(tài)、高彈態(tài)時(shí)內(nèi)耗小，而在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)耗出現(xiàn)極大？答：玻璃態(tài)下，T小于Tg，鏈段被凍結(jié)，完全不能動(dòng)，因此材料受力時(shí)吸收的能量很少；咼彈態(tài)時(shí)