聚合物材料动态力学分析
聚合物流变试验及应用
聚合物流变试验及应用聚合物流变试验是指通过外力作用下测量材料的流动性和变形性质的实验方法。
它主要应用于测定聚合物材料在不同温度、压力和剪切速率条件下的流变特性，为材料的设计和加工提供重要的参考依据。
聚合物材料的流变特性与材料的结构、分子量分布、共聚能力等因素密切相关。
聚合物在受力作用下会发生流变行为，包括剪切变形、蠕变和弹性回复等。
聚合物流变试验能够定量地反映出材料的流变性质，包括黏度、剪切应力、弹性模量等。
常见的聚合物流变试验有旋转粘度法、挤出流变法、动态力学分析法等。
旋转粘度法是通过旋转流变仪来测量材料的粘度，能够得到材料在不同剪切速率下的流变曲线。
挤出流变法是将材料通过模具挤出，通过测量挤出压力来反映材料的流变性质。
动态力学分析法是利用动态力学分析仪，通过对材料施加振动或周期性应变来测量其弹性模量、剪切模量等参数。
聚合物流变试验在聚合物材料的研究与应用中具有重要作用。
首先，它可以帮助研究者了解聚合物材料的流变性质，为聚合物材料的设计和合成提供依据。
其次，聚合物流变试验可以评估聚合物材料的加工性能，包括熔融加工和成型加工等。
通过对材料的流变特性进行测定，可以确定最佳的加工工艺参数，以提高材料的加工效率和产品质量。
此外，聚合物流变试验还可以判断聚合物材料的稳定性和变形行为，为聚合物材料的应用提供参考。
在聚合物材料的应用中，聚合物流变试验可以用于评估材料的性能和使用寿命。
通过测量材料的流变特性，可以了解其在不同应力条件下的变形行为，以预测材料在实际应用中的稳定性和可靠性。
此外，聚合物流变试验还可以用于研究聚合物材料的改性和加工过程中的变形行为。
通过对材料的流变特性进行研究，可以改进材料的性能，并提高材料的加工性能和机械性能。
综上所述，聚合物流变试验是研究聚合物材料流变性质的重要手段。
通过测定和分析材料的流变特性，可以评价和改善材料的加工性能和使用性能，为聚合物材料的设计和应用提供科学依据。
在未来的研究和应用中，聚合物流变试验将继续发挥重要作用，促进聚合物材料领域的发展与进步。
第四篇 聚合物材料的动态力学分析DMTA
（1）扭摆法
由振幅A可求得对数减量Δ ：
ln A1 ln A2 ln A2 ln A3 ...... ln A A1 A ln 2 ..... ln n A2 A3 An1
式中：A1、A2、A3……An、An+1分别为个相应振幅的宽 度。 剪切模量G’由曲线求得，与1/P2成正比； 损耗模量G”和内耗角正切tgδ计算：
E" tg E'
—损耗因子
2、聚合物力学性质与温度、频率、时间的关系
聚合物的性质与温度有关，与施加于材料上外力 作用的时间有关，与外力作用的频率有关。 为了了解聚合物的动态力学性能，我们有必要进 行宽广的温度范围对性能的测定，简称温度谱； 在宽广的频率范围内进行测定，简称频率谱。
动态力学曲线
动态力学曲线
频率谱—在恒温、恒应力下，测量 动态模量及损耗随频率变化的试验 ，用于研究材料力学性能与速率的 依赖性。图14-4是典型非晶态聚合 物频率谱图。 当外力作用频率ω» 链段运动最可 几频率ω0时，E’很高，E”和tanδ 都很小；当ω« ω0时，材料表现出 理想的高弹态，E’很小，E”和 tanδ都很小；当ω=ω0时链段运 动有不自由到自由，即玻璃化转变 ，此时E’急剧变化，E”和tanδ都 达到峰值。
图14-4 lgE’、lgE”和tanδ对lgω关系
通过测定聚合物的DMA谱图，可以了解到材料在 外力作用下动态模量和阻尼随温度和频率变化的 情况，所测的动力学参数有效地反映了材料分子 运动的变化，而分子运动是与聚合物的结构和宏 观性能紧密联系在一起的，所以动态力学分析把 了解到的分子运动作为桥梁，进而达到掌握材料 的结构与性能的关系。
（二）强迫共振法
指强迫试样在一定频率范围内的恒幅力作用下发生振 动，测定共振曲线，从共振曲线上的共振频率与共振 峰宽度得到储能模量与损耗因子的方法。 A 共振峰宽度：共振曲线上 2 处所对应的两个频率之 差 f r f2 f1；有时也取最大振幅的一半时两频率之 差。 2 f 或 f 储能模量正比于 r r ( fr为共振频率) ； tan f r f r 损耗因子： A
《聚氨酯弹性体静动态力学性能及本构关系的研究》
《聚氨酯弹性体静动态力学性能及本构关系的研究》篇一一、引言聚氨酯弹性体作为一种高性能的聚合物材料，在众多领域中得到了广泛的应用。
其独特的力学性能，包括静动态力学性能，使得聚氨酯弹性体在橡胶、塑料、涂料以及生物医学等多个领域有着不可替代的作用。
为了更深入地了解其力学特性及本构关系，本文对聚氨酯弹性体的静动态力学性能及本构关系进行了详细的研究。
二、聚氨酯弹性体的静力学性能研究聚氨酯弹性体的静力学性能主要包括其在静态负载下的形变和应力响应。
在实验中，我们采用了一系列不同硬度的聚氨酯弹性体样品，通过静态拉伸试验，得到了其应力-应变曲线。
实验结果表明，聚氨酯弹性体在静态负载下表现出良好的弹性和较高的拉伸强度。
随着硬度的增加，其拉伸强度和模量也相应提高。
此外，我们还发现聚氨酯弹性体在形变过程中表现出明显的非线性行为，这与其独特的分子结构和微观结构密切相关。
三、聚氨酯弹性体的动力学性能研究与静力学性能不同，动力学性能主要研究的是材料在动态负载下的响应。
我们通过动态力学分析（DMA）技术，对聚氨酯弹性体在不同频率、不同温度下的动态性能进行了研究。
实验结果显示，聚氨酯弹性体在动态负载下表现出良好的能量吸收能力和优异的阻尼性能。
此外，其动态模量和内耗随温度和频率的变化呈现出明显的变化规律，这为其在振动控制、隔音材料等领域的应用提供了重要的理论依据。
四、聚氨酯弹性体的本构关系研究本构关系是描述材料应力-应变关系的数学模型。
为了更好地描述聚氨酯弹性体的力学行为，我们采用了超弹性本构模型（如Neo-Hookean模型、Yeoh模型等）对其进行了研究。
通过对比不同模型的拟合效果，我们发现Yeoh模型能够较好地描述聚氨酯弹性体的应力-应变关系。
此外，我们还发现聚氨酯弹性体的本构关系受其硬度、温度和频率等因素的影响。
因此，在实际应用中，需要根据具体的使用条件选择合适的本构模型。
五、结论通过对聚氨酯弹性体的静动态力学性能及本构关系的研究，我们得到了以下结论：1. 聚氨酯弹性体在静态和动态负载下均表现出良好的力学性能；2. 聚氨酯弹性体在形变过程中表现出明显的非线性行为，其硬度、温度和频率等因素对其力学性能和本构关系产生影响；3. Yeoh模型能够较好地描述聚氨酯弹性体的应力-应变关系，为其在不同领域的应用提供了重要的理论依据；4. 在实际应用中，需要根据具体的使用条件选择合适的本构模型和材料。
聚合物动态热力学分析
聚合物动态热力学分析是一种有效的方法，可以帮助我们深入了解聚合物材料的性能和行为。
在这篇文章中，我们将探讨的基本原理、应用以及未来的发展方向。
一、的基本原理是通过对聚合物材料在受力作用下的动态热力学响应进行测量和分析，来评估聚合物材料的性能和行为。
这种分析方法主要包括热分析、动态力学分析以及红外光谱分析等。
其中，热分析是通过对聚合物材料在不同温度、压力和气氛下进行加热或冷却，以及观察材料热发生变化的方法。
这种热发生变化可以包括热膨胀、热流和热容等。
动态力学分析是通过对聚合物材料在受力作用下的变形、振动和剪切等响应进行测量和分析。
这种分析可以通过旋转试验、剪切试验和拉伸试验等方法来完成。
红外光谱分析是通过对聚合物材料在不同波长下的吸收和散射来分析聚合物材料的化学成分和结构特征。
通过对这些方法的综合应用，我们可以获得聚合物材料各方面的性能和行为信息，从而更好地评估聚合物材料的质量和使用价值。
二、的应用的应用范围非常广泛。
以下是的几个常见应用：1、聚合物的热性能分析通过热分析的方法，可以分析聚合物材料的热容、热膨胀和热流等性能参数。
这些参数可以帮助人们评估聚合物材料的耐热性、抗热变形能力等性能，从而选择合适的材料用于各种特定的应用领域。
2、聚合物的力学性能分析通过动态力学分析的方法，可以评估聚合物材料的动态弹性模量、质量损耗、刚度和强度等力学性能参数。
这些参数可以帮助我们了解聚合物材料的强度和耐久性，从而更好地预测材料在各种环境下的维持寿命和使用寿命。
3、聚合物的结构分析通过红外光谱分析的方法，可以分析聚合物材料的化学成分和结构特征。
例如，可以分析聚乙烯中甲基基团的数量和位置，从而确定聚乙烯的分子结构和化学性质。
三、的未来发展随着人们对聚合物材料性能和行为的需求不断增加，在未来的发展中将扮演越来越重要的角色。
以下是未来的几个发展方向：1、数据分析和建模在未来，将逐渐向数据分析和建模方向发展。
通过建立精细的模型和算法，可以更好地预测聚合物材料在不同应变、温度和其他环境条件下的性能和行为。
聚合物材料的动力学研究与模拟
聚合物材料的动力学研究与模拟聚合物材料是一类由大量重复单元组成的高分子化合物，具有广泛的应用领域，如塑料、橡胶、纤维等。
了解聚合物材料的动力学行为对于材料设计和工程应用至关重要。
因此，动力学研究和模拟成为了聚合物材料研究中的重要方面。
一、聚合物材料的分子运动聚合物材料的分子运动对其性能和行为具有重要影响。
动力学研究是通过观察和分析分子在时间和空间尺度上的运动来揭示这些材料的行为规律。
一种常用的方法是使用激光光散射技术，通过测量光的散射角度和强度来研究分子的动力学行为。
二、聚合物链的动力学行为聚合物材料中的聚合物链是由许多重复单元组成的，对于了解聚合物材料的动力学行为至关重要。
研究聚合物链的动力学行为可以揭示聚合物的构象转变、运动机制和力学性质。
动力学模拟是一种重要的研究方法，通过计算机模拟和分子动力学仿真，可以模拟聚合物链的运动轨迹和力学响应。
三、聚合物材料的自由体积自由体积是指聚合物材料内部无法被其他分子占据的空间。
聚合物材料的自由体积对于其物理性质和运动行为具有重要影响。
通过动力学研究和模拟，可以了解聚合物材料中不同分子间的自由体积分布和对流动的贡献，从而优化材料的性能。
四、聚合物材料的玻璃态转变聚合物材料在温度下发生由玻璃态到熔融态的转变，对于了解聚合物的结构和行为具有重要意义。
玻璃态转变是聚合物材料动力学研究的一个重要方向。
通过研究聚合物材料在不同温度下的玻璃态转变行为，可以揭示聚合物材料的结构演化和运动机制。
五、聚合物材料的力学性质聚合物材料的力学性质是指材料在外部作用下的变形和应力响应。
了解聚合物材料的力学性质对其工程应用具有重要意义。
动力学模拟是一种重要的研究方法，可以通过模拟聚合物链的运动和相互作用来预测材料的力学性质，为材料设计和工程应用提供指导。
六、聚合物材料的生物应用聚合物材料在生物领域有着广泛的应用，如医学支架、药物释放系统等。
了解聚合物材料在生物环境下的动力学行为对于提高材料的生物相容性和性能至关重要。
DMA
聚合物材料动态力学分析实验目的了解DMA的测试原理及仪器结构了解影响DMA实验结果的因素，正确选择实验条件掌握DMA的试样制备方法及测试步骤掌握DMA在聚合物分析中的应用实验原理材料的动态力学行为是指材料在振动条件下，即在交变应力作用下作出的力学响应，测定材料在一定温度范围内动态性能的变化即为动态力学热分析。
聚合物都有粘弹性，可用动态力学方法对聚合物的粘弹性进行研究。
聚合物的性质与温度有关，与施加在材料上外力的时间有关，还与外力作用的频率有关。
为了了解聚合物的动态力学性能，有必要在宽广的温度范围内对聚合物进行性能测试，简称温度谱，通称DMA谱。
通常测定的DMA谱图，可以了解到材料在外力作用下动态模量和阻尼随温度和频率变化的情况。
所测得的动态力学参数非常有效的反应了材料分子运动的变化，而分子运动是与聚合物的结构和宏观性能密切联系在一起，所以动态力学分析把了解到的分子运动作为桥梁，进而掌握材料的结构和性能之间的关系。
E’=ζcosδ/ε E=ζsinδ/ε式中 E’贮能模量 E 损耗模量实验仪器DMAQ800动态机械分析仪美国TA公司生产实验条件实验步骤1.仪器校准2.试样制备：试样表面光滑、平整、无气泡，尺寸精确；根据试样模量大小选择测量方式，按照各测量方式，对照试样尺寸要求制备试样。
3.根据测量方法不同选择相应的夹具，将夹具固定在合金柱上，装载试样，在室温进行动态应力—应变扫描，以确定材料粘弹性区域，从而选择正确的测时条件（应力或应变）4.测量试样尺寸，矩形试样测定长、宽、厚；圆形测定直径和厚度5.根据要求编辑试验条件：测量方式（受力方式）、扫描方式（温度、时间、频率扫描等）、测时条件（温度区间、频率、升温速率、应力等）6.上好样品。
合上炉盖，开始实验7.实验结束后，自动温度控制器自动停止工作，处理谱图和实验数据实验结果DMA谱图结果与讨论由DMA谱图可知，材料的玻璃化温度为109.69℃,T=85℃时;E’=E，T<85℃,E’>E;T>85℃时，E’<E,所以材料在低于85℃时主要表现为弹性，随着温度越高，模量减小，弹性减弱，E在93.88℃出现峰值而后迅速下降。
聚合物材料的动态力学性能测试
测量形状记忆高聚物性能原理及应用聚合物材料地动态力学性能测试在外力作用下，对样品地应变和应力关系随温度等条件地变化进行分析，即为动态力学分析.动态力学分析能得到聚合物地动态模量( ′)、损耗模量(″)和力学损耗(δ).这些物理量是决定聚合物使用特性地重要参数.同时，动态力学分析对聚合物分子运动状态地反应也十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度、频率以及其他条件地变化地特性可得到聚合物结构和性能地许多信息，如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等.b5E2R。
实验原理高聚物是黏弹性材料之一，具有黏性和弹性固体地特性.它一方面像弹性材料具有贮存械能地特性，这种特性不消耗能量；另一方面，它又具有像非流体静应力状态下地黏液，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，一部分能量变成热而损耗.能量地损耗可由力学阻尼或内摩擦生成地热得到证明.材料地内耗是很重要地，它不仅是性能地标志，而且也是确定它在工业上地应用和使用环境地条件.p1Ean。
如果一个外应力作用于一个弹性体，产生地应变正比于应力，根据虎克定律，比例常数就是该固体地弹性模量.形变时产生地能量由物体贮存起来，除去外力物体恢复原状，贮存地能量又释放出来.如果所用应力是一个周期性变化地力，产生地应变与应力同位相，过程也没有能量损耗.假如外应力作用于完全黏性地液体，液体产生永久形变，在这个过程中消耗地能量正比于液体地黏度，应变落后于应力，如图()所示.聚合物对外力地响应是弹性和黏性两者兼有，这种黏弹性是由于外应力与分子链间相互作用，而分子链又倾向于排列成最低能量地构象.在周期性应力作用地情况下，这些分子重排跟不上应力变化，造成了应变落后于应力，而且使一部分能量损耗.图()是典型地黏弹性材料对正弦应力地响应.正弦应变落后一个相位角.应力和应变可以用复数形式表示如下.DXDiT。
σ*σ(ω)γ*γ [ (ωδ) ]式中，σ和γ为应力和应变地振幅；ω是角频率；是虚数.用复数应力σ*除以复数形变γ*，便得到材料地复数模量.模量可能是拉伸模量和切变模量等，这取决于所用力地性质.为了方便起见，将复数模量分为两部分，一部分与应力同位相，另一部分与应力差一个地相位角，如图()所示.对于复数切变模量RTCrp。
聚合物动力学及弛豫行为
聚合物动力学及弛豫行为引言聚合物是由重复单元结构组成的高分子化合物，具有重要的工业和科学应用。
聚合物的动力学行为和弛豫行为对材料的性能和稳定性起着关键作用。
本文将探讨聚合物的动力学特性、弛豫行为以及相关的实验和模拟方法。
聚合物动力学聚合物的动力学研究主要关注聚合物链的运动和交换行为。
聚合物链的运动可以分为整体运动和链内运动。
整体运动是指整个聚合物链的平移、转动等运动，而链内运动则是指聚合物链内部单元之间的相对运动。
聚合物链的整体运动受到温度、溶剂、链长度和交联等因素的影响。
温度的变化会影响聚合物链的弹性模量和运动能力。
较高的温度会增大聚合物链的膨胀系数，使链的平均朝向随机化，从而增加聚合物链的整体运动。
溶剂对聚合物链的溶解度和运动速率也有重要影响。
链长度的增加会降低聚合物链的运动性能，增加聚合物的刚性。
交联是指聚合物链之间的共价键连接，它可以显著影响聚合物链的整体运动性质。
链内运动是聚合物链内部单元之间的相对移动。
聚合物链的链内运动可以分为牵伸、扭转和弯曲等模式。
这些运动模式的存在使得聚合物链能够适应不同的环境，并具有特定的力学性质。
聚合物的弛豫行为聚合物在受到外界应力或变形后，会发生弛豫行为，即恢复到原始形状的过程。
聚合物的弛豫行为可以分为弹性行为和塑性行为。
弹性行为是指聚合物在受到应力后迅速恢复到初始状态的能力。
聚合物的弹性行为主要由聚合物链的整体和链内运动来决定。
聚合物链的整体运动可以提供弹性回复的能量，而链内运动可以使聚合物链迅速恢复到初始状态。
塑性行为是指聚合物在受到应力后形变一段时间后才恢复到初始状态的能力。
塑性行为的发生是由于聚合物链的链内运动受到限制，无法迅速恢复到初始状态。
塑性行为的发生受到温度、应力速率和链长度等因素的影响。
实验和模拟方法为了研究聚合物的动力学和弛豫行为，科学家们开发了各种实验和模拟方法。
实验方法包括拉伸实验、动态力学分析、压缩实验等。
拉伸实验可以通过拉伸聚合物样品来研究聚合物链的整体和链内运动。
聚合物材料力学行为和失效机理分析
聚合物材料力学行为和失效机理分析概述：聚合物材料是一类由重复单元组成的高分子化合物，具有轻质、高强度、耐化学品腐蚀等特点，广泛应用于各个领域。
在使用过程中，聚合物材料会受到外力的作用，其力学行为和失效机理的分析对于提高材料的性能和使用寿命至关重要。
本文将对聚合物材料的力学行为和失效机理进行分析，并探讨其在实际应用中的影响和优化措施。
一、聚合物材料的力学行为：聚合物材料的力学行为主要包括强度、刚度、塑性变形和疲劳行为。
1. 强度：聚合物材料的强度是指材料能够承受的最大外力或应力。
其中，拉伸强度是最常用的强度指标，表示材料在拉伸过程中的最大抗拉应力。
同时，还可以考虑材料的屈服强度、压缩强度等。
2. 刚度：刚度是指材料对外力的抵抗能力。
在聚合物材料的刚度分析中，弹性模量是一个重要指标，它反映了材料在应力加载下的变形程度。
聚合物材料普遍具有较低的弹性模量，表现为较高的变形能力。
3. 塑性变形：塑性变形是指材料在加载过程中能够发生可逆性变形的能力。
相比于金属材料，聚合物材料的塑性变形能力较弱，容易出现塑性失效，如破裂、开裂等。
4. 疲劳行为：疲劳行为是指材料在长时间重复加载下的变形和失效。
聚合物材料具有低强度、高韧性和易疲劳的特点，疲劳损伤往往是由于长期受到周期性加载而引起的，如振动、循环载荷等。
二、聚合物材料的失效机理：聚合物材料的失效机理主要包括应力集中、开裂和老化。
1. 应力集中：聚合物材料在受到外力作用时，容易产生应力集中现象，导致材料局部应力和变形增大。
应力集中会引起裂纹的扩展，最终导致材料的失效。
2. 开裂：聚合物材料的开裂行为是由于材料内部的缺陷或外部的应力超过材料的承载能力而引起的。
开裂可分为静态开裂和动态开裂，静态开裂主要是由于静态应力或静态应变引起的，动态开裂则是由于载荷的频率和幅度引起的。
3. 老化：聚合物材料随着时间的推移，可能会发生老化现象，导致材料性能的衰退和失效。
聚合物材料的老化主要表现为材料硬化、脆化、变形率的增加等，这些变化可能是由于化学反应、热量和光照等因素引起的。
聚合物动态力学性能测定
实验7 聚合物动态力学性能的测定聚合物材料，如塑料、橡胶、纤维及其复合材料等都具有粘弹性，用动态力学的方法研究聚合物材料的粘弹性，已证明是一种非常有效的方法。
材料的动态力学行为是指材料在振动条件下，即在交变应力（或交变应变）作用下作出的力学响应。
测定材料在一定温度范围内的动态力学性能的变化即为动态力学分析（dynamic mechanical thermal analysis, DMTA ）一、二、实验目的了解动态力学分析的测量原理及仪器结构。
了解影响动态力学分析实验结果的因素，正确选择实验条件。
掌握动态力学分析的试样制备及测试步骤。
掌握动态力学分析在聚合物分析中的应用。
实验原理聚合物的粘弹性是指聚合物既有粘性又有弹性的性质，实质是聚合物的力学松弛行为。
研究聚合物的粘弹性常采用正弦的交变应力，使试样产生的应变也以正弦方式随时间变化。
这种周期性的外力引起试样周期性的形变，其中一部分所做功以位能形式贮存在试样中，没有损耗，而另一部分所做功，在形变时以热的形式消耗掉。
应变始终落后应力一个相位，以拉伸为例，当试样受到交变的拉伸应力作用时，其交变应力和应变随时间的变化关系如下： 应力 )sin(0δϖσσ+=t (7-1))900(0<<δ应变t ϖεεsin 0= (7-2) 式中0σ和0ε为应力和形变的振幅；ω是角频率；δ是应变相位角。
式（7-1）和式（7-2）说明应力变化要比应变领先一个相位差δ，见图7.1。
图7.1 应力应变和时间的关系将式（7-1）展开为：δϖσδωσσsin cos cos sin 00t t += (7-3)即认为应力由两部分组成，一部分)cos sin (δϖσt 与应变同相位，另一部分)sin cos (0δϖσt 与应变相差2/π。
根据模量的定义可以得到两种不同意义的模量，定义'E 为同相位的应力和应变的比值，而''E 为相位差2/π的应力和应变的振幅的比值，即t E t E ϖεωεσcos ''sin '00+= （7-4）此时模量是一个复数，叫复数模量*E 。
聚合物材料的动态力学分析
❖ 聚合物材料具有粘弹性，其力学性能受时间、频率、温度影 响很大。无论实际应用还是基础研究，动态热力分析均已成 为研究聚合物材料性能的最重要的方法之一：
1. 可以给出宽广温度、频率范围的力学性能，用于评价材料 总的力学行为。
2. 检测聚合物的玻璃化转变及次级松弛过程，这些过程均与聚 合物的链结构和聚集态结构密切相关。当聚合物的化学组成、 支化和交联、结晶和取向等结构因素发生变化时，均会在动态 力学谱图上体现出来，这使得动态热力分析成为一种研究聚合 物分子链运动以及结构与性能关系的重要手段。
复数柔量D*——复 数模量的倒数
D*
1 E*
D* D D
D D* cos
D D* sin
tan D
D
D
E2
E E2
（13） （14） （15）
（16）
（17）
D
E E2 E2
D’——储能柔量；D’’——损耗柔量
（18）
当试样受到剪切形变也有类似的表示方式：
G* G G G D* cos G G* sin tan G
复。
三、松弛：材料在外部变量的作用下，其性质随时间的变化叫 做松弛。
四、力学松弛：高聚物在力的作用下力学性质随时间而变化的 现象称为力学松弛。
❖ 力的作用方式不同，力学松弛的表现形式不同。 1. 静态粘弹性：在恒定应力或恒定应变作用下的力学松弛。最
DMA实验报告
动态热机械分析测试实验报告一、实验目的1．了解动态力学分析仪（DMA）的测量原理及仪器结构；2．了解影响动态力学分析仪（DMA）实验结果的因素，正确选择实验条件；3．通过聚合物PP 动态模量和力学损耗与温度关系曲线的测定，了解线性非结晶聚合物不同的力学状态；4．学会使用DMA来测试聚合物的Tg，并会分析材料的热力学性质。
二、实验原理在外力作用下，对样品的应变和应力关系随温度等条件的变化进行分析，即为动态力学分析。
动态力学分析能得到聚合物的动态模量(E′)、损耗模量(E″)和力学损耗(tanδ)。
这些物理量是决定聚合物使用特性的重要参数。
同时，动态力学分析对聚合物分子运动状态的反应也十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度、频率以及其他条件的变化的特性可得到聚合物结构和性能的许多信息，如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等。
高聚物是黏弹性材料之一，具有黏性和弹性固体的特性。
它一方面像弹性材料具有贮存械能的特性，这种特性不消耗能量；另一方面，它又具有像非流体静应力状态下的黏液，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，一部分能量变成热而损耗。
能量的损耗可由力学阻尼或内摩擦生成的热得到证明。
材料的内耗是很重要的，它不仅是性能的标志，而且也是确定它在工业上的应用和使用环境的条件。
如果一个外应力作用于一个弹性体，产生的应变正比于应力，根据虎克定律，比例常数就是该固体的弹性模量。
形变时产生的能量由物体贮存起来，除去外力物体恢复原状，贮存的能量又释放出来。
如果所用应力是一个周期性变化的力，产生的应变与应力同位相，过程也没有能量损耗。
假如外应力作用于完全黏性的液体，液体产生永久形变，在这个过程中消耗的能量正比于液体的黏度，应变落后于应力900，所示。
聚合物对外力的响应是弹性和黏性两者兼有，这种黏弹性是由于外应力与分子链间相互作用，而分子链又倾向于排列成最低能量的构象。
在周期性应力作用的情况下，这些分子重排跟不上应力变化，造成了应变落后于应力，而且使一部分能量损耗。
dma实验报告
dma实验报告概述DMA（Dynamic Mechanical Analysis，动态力学分析）是一种重要的材料性能测试技术，广泛应用于聚合物、复合材料、橡胶等领域。
本报告旨在通过DMA实验探讨不同温度下材料的动态力学行为，为材料的设计和应用提供依据。
实验方法本次实验选取了一种塑料样品，使用DMA机进行测试。
首先，将样品制备成合适的形状和尺寸，并将其固定在DMA机的试样夹具上。
随后，通过DMA机的控制面板设置实验参数，包括频率范围、温度范围、应变振幅等。
在实验中，我们选择了多个不同温度点，从低温到高温进行测试。
通过施加正弦波形的应变，可以得到材料在不同温度下的动态力学响应。
实验结果根据实验数据，我们绘制了材料在不同温度下的动态力学曲线。
通过观察和分析曲线的形态和参数变化，可以获得以下结论：1. 温度对材料的弹性模量影响显著。
随着温度的升高，材料的弹性模量逐渐降低。
这是因为高温下分子热运动增加，材料的分子间相互作用减弱，导致材料整体的刚性下降。
2. 温度对材料的损耗模量影响较大。
损耗模量是材料吸收和释放能量的能力的度量。
实验结果表明，在一定温度范围内，随着温度的升高，材料的损耗模量呈先增加后下降的趋势。
这是因为在低温下，材料分子的运动较为受限，吸收和释放的能量较少；而在高温下，材料分子的运动更加自由，吸收和释放的能量增加，但超过一定温度后，材料分子开始发生破坏，损耗模量下降。
3. 温度对材料的交联程度有影响。
交联程度是描述材料内部聚合物链之间交联作用程度的参数。
我们发现，随着温度的升高，材料的交联程度逐渐降低。
这是因为高温下，材料分子的热运动增加，聚合物链更容易断裂，从而减弱材料的交联作用。
实验讨论通过对DMA实验结果的分析，我们可以更好地理解材料的动态力学行为。
温度对材料的影响是复杂的，既涉及到材料的分子结构和相互作用，也与外界应变和温度条件有关。
因此，在实际应用中，需要综合考虑材料的机械性能和温度条件，进行合适的材料选择和设计。
第14-17章 聚合物动态力学分析
各种材料对正弦应力的响应 （a）完全弹性和完全粘性的响应；（b）粘弹性响应。
❖对于理想的虎克弹体，应变与应力同相位，δ＝0，如图（a）中虚线所示，每一周期 中能量没有损耗；
❖对于理想的粘性液体，应变，应变落后于应力90º，即δ＝90º，如图（a）中实线所示， 每一周期中外力对体系做的功全部以热的形式损耗掉；
聚丙烯（Tg＝-10℃）
聚氯乙烯（Tg＝87℃） 聚丙烯腈（Tg＝103℃）
❖玻璃化转变还随分子量和交联度增加而增加
13
DMA谱图获得的信息：
❖ 材料在外力作用下动态模量和阻尼随温度和频率 变化的情况。
❖ 动态力学参数反映了材料分子运动的变化，进而 与聚合物结构和宏观性能紧密联系在一起。
14
第15章 动态力学分析仪器
式中 L－试样总长; n－振动阶数。对于一阶共振L1＝0.22L。
一根矩形截面试样在一阶弯曲共振的波节线受到支撑而自由 －自由共振时，其
20
15.2.3 （固定－固定）振动仪器－DMA982
仪器组成部分： 电－力振动、驱动、数字显示； 夹持试样后：产生转动，试样产生位移，试 样受到弯曲应力，除去应力，位移应力使试样 产生共振振动。
❖对于粘弹性材料，应变与应力的相位角介于0-90º之间，这时外力对体系所做的功有一 部分以热的形式损耗掉。
❖内耗用作材料状态的表征，高的tanδ表征粘7 性行为；低的tanδ表征弹性行为。
14.2 聚合物力学性质与温度、频率、时间的 关系
聚合物的性质与温度、作用力（时间、频率）有关 ❖ 塑料、橡胶－温度高低 ❖ 应力松弛模量：与时间有关 ❖ 外力作用的频率增加＝降低温度、减少时间
率扫描，观察次级转变。
DMA实验报告
动态热机械分析测试实验报告一、实验目的1．了解动态力学分析仪（DMA）的测量原理及仪器结构；2．了解影响动态力学分析仪（DMA）实验结果的因素，正确选择实验条件；3．通过聚合物PP 动态模量和力学损耗与温度关系曲线的测定，了解线性非结晶聚合物不同的力学状态；4．学会使用DMA来测试聚合物的Tg，并会分析材料的热力学性质。
二、实验原理在外力作用下，对样品的应变和应力关系随温度等条件的变化进行分析，即为动态力学分析。
动态力学分析能得到聚合物的动态模量(E′)、损耗模量(E″)和力学损耗(tanδ)。
这些物理量是决定聚合物使用特性的重要参数。
同时，动态力学分析对聚合物分子运动状态的反应也十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度、频率以及其他条件的变化的特性可得到聚合物结构和性能的许多信息，如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等。
高聚物是黏弹性材料之一，具有黏性和弹性固体的特性。
它一方面像弹性材料具有贮存械能的特性，这种特性不消耗能量；另一方面，它又具有像非流体静应力状态下的黏液，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，一部分能量变成热而损耗。
能量的损耗可由力学阻尼或内摩擦生成的热得到证明。
材料的内耗是很重要的，它不仅是性能的标志，而且也是确定它在工业上的应用和使用环境的条件。
如果一个外应力作用于一个弹性体，产生的应变正比于应力，根据虎克定律，比例常数就是该固体的弹性模量。
形变时产生的能量由物体贮存起来，除去外力物体恢复原状，贮存的能量又释放出来。
如果所用应力是一个周期性变化的力，产生的应变与应力同位相，过程也没有能量损耗。
假如外应力作用于完全黏性的液体，液体产生永久形变，在这个过程中消耗的能量正比于液体的黏度，应变落后于应力900，所示。
聚合物对外力的响应是弹性和黏性两者兼有，这种黏弹性是由于外应力与分子链间相互作用，而分子链又倾向于排列成最低能量的构象。
在周期性应力作用的情况下，这些分子重排跟不上应力变化，造成了应变落后于应力，而且使一部分能量损耗。
动态力学分析
oe
t /
式中σo是起始应力，τ是松弛时间。 如果温度远远超过 Tg ，此时链段运动时受到的内 摩擦力很小，应力很快就松弛掉了，几乎觉察不到。 如果温度比Tg低得多，虽然链段受到很大的应力作用 ，但是由于内摩擦阻力很大，链段运动困难，应力松 弛极慢，也不容易被觉察。只是在玻璃化温度附近的 几十度范围内，应力松弛现象最为明显。
1.1 蠕变
蠕变是指在一定的温度和较小的恒定外力（ 拉伸、压缩或剪切）作用下，材料的形变随时间的 增加而逐渐增大的现象。 ① 普弹形变ε1。 ② 高弹形变ε2。 ③ 粘性流动ε3。
(t ) 1 2 3
E1
E2
(1 e
t /
) t 3
1.2 应力松弛
如果应力与应变关系可由服从虎克定律的弹性 行为和服从牛顿定律的粘性行为的线性组合来描述 ，那么称之为线性粘弹性，否则为非线性粘弹性。 高聚物的力学性质随时间的变化统称为力学松 弛，粘弹性是一种力学松弛行为。 根据高分子材料受外部作用情况的不同，粘弹 性表现出不同的现象，最基本的有蠕变、应力松弛 、滞后和力学损耗。
o cos sin t o sin sin(t / 2)
应力由两部分组成，一部分与应变同相位，幅值 为σocosδ，用于弹性形变；另一部分与应变相差 π/2，幅值为σosinδ，用于克服摩擦阻力。
定义E’为同相位的应力和应变的比值：
实数模量，又称储能模量， 表示材料在形变过程中由于 弹性形变而储存的能量。 定义E”为相位差π/2的应力和应变的比值：
内耗的大小因高聚物的结构而异。侧基的大小、 和数量：分子链上没有取代基团，其内耗较小；体 积较大的侧基、侧甲基数目较多，则内耗较大。橡 胶的内耗越大，吸收冲击能量越大，但是回弹性较 差。 高聚物的内耗与温度有关：玻璃化转变温度时 出现一个与链段运动有关的内耗峰。当接近粘流温 度时，出现与分子链运动有关的内耗极大值。 内耗峰值出现的温度大小次序：分子链运动的 内耗峰＞链段运动的内耗峰＞基团运动的内耗峰。 内耗与交变应力的作用频率有关：在频率适中 的范围内，链段既能运动又跟不上外力的变化，滞 后现象较明显，内耗在这一频率范围将出现一个极 大值。
聚合物的动态力学性能
实验七 聚合物的动态力学性能1. 实验目的要求1.1 掌握使用DMA Q800型动态力学分析仪测定聚合物的复合模量、储能模量和损耗模量的原理及方法。
1.2 能够通过数据分析，了解聚合物的结构特性。
2. 实验原理当样品受到变化着的外力作用时，产生相应的应变。
在这种外力作用下，对样品的应力-应变关系随温度等条件的变化进行分析，即为动态力学分析。
动态力学分析是研究聚合物结构和性能的重要手段，它能得到聚合物的储能模量（E '），损耗模量（E ''）和力学损耗（tan δ），这些物理量是决定聚合物使用特性的重要参数。
同时，动态力学分析对聚合物分子运动状态的反映十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度、频率以及其它条件的变化的特性可得聚合物结构和性能的许多信息，如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等等。
本实验采用DMA Q800型动态力学分析仪分析聚合物在一定频率下，动态力学性能随温度的变化。
如果在试样上加一个正弦应力σ，频率为ω，振幅为0σ，则应变ε也可以以正弦方式改变，应力与应变之间有一相位差δ，可分别表示为：0sin t εεω=0sin()t σσωδ=+式中0σ和0ε分别为应力和应变的幅值，将应力表达式展开：00cos sin()sin cos t t σσδωδσδω=++应力波可分解为两部分，一部分与应力同相位，峰值为0cos σδ，与储存的弹性能有关，另一部分与应变有90°的相位差，峰值为0sin σδ，与能量的损耗有关。
定义储能模量（E '），损耗模量（E ''）和力学损耗（tan δ）：00(/)cos E σεδ'= 00(/)sin E σεδ''=sin tan cos E E δδδ''=='复数模量可表示为：*E E iE '''=+其绝对值为：E =在交变应力作用下，样品在每一周期内所损耗的机械能可通过下式计算：320()()W t d t E φεσπε''∆==∆与E''成正比，因此，样品损耗机械能的能力高低可以用E''或tanδ值的大小来W衡量。
动态力学分析
力学松弛
动态粘弹性
DMA : 所提供材料的信息
模量 初级（a）及次级（b）转变温度 胶联速率及胶联度，凝胶点及玻璃化。 粘度 阻尼特性 聚合物形态 对时间的依赖性（如应力松弛等）
DMA : 与其他热分析技术的比较
材料的动态力学行为是指材料在振动条件下，即在交变应力（或 交变应变）作用下做出的响应。动态力学分析所得到的基本性能 参数是材料的动态刚度和阻尼。
材料的粘弹行为
相角=0度 ( = 0)
应力 (Stress)
相角=90度 ( = 90)
应变 (Strain)
100%弹性行为 (100% Elastic Behavior)
100%粘性行为 (100% Viscous Behavior)
④内耗的影响因素
a.结构因素 b.温度 c.tan与关系
Tg
T
T
c. tan与关系:
1.频率很低,链段运动跟的上 外力的变化,内耗小,表现出橡 胶的高弹性. 橡 胶 态 粘 弹 区 玻 璃 态
tan
2.频率很高,链段运动完全跟 不上外力的变化,内耗小,高聚 物呈刚性,玻璃态的力学性质.
3.外力跟不上外力的比变化, 将在某一频率出现最大值,表 现出粘弹性
W 0 0sin
又称为力学损耗角,常用tan表示内耗的大小
③内耗的表达
当 t 0sin t时, 应力 ( t ) 0sin t 展开 : ( t ) 0 cos sin t 弹性形变的动力 0sin cost 消耗于克服摩擦阻力
DMA :压缩夹具
DMA :拉伸模式
固定夹具
试样
运动夹具
dma tma玻璃化温度
dma tma玻璃化温度
DMA（动态力学分析）和TMA（热机械分析）是两种常用的材料测试方法，用于测量材料的热性能和力学性能。
而玻璃化温度是指非晶态材料在加热过程中从固态转变为液态的临界温度，对于聚合物材料来说，玻璃化温度是一个重要的物理特性参数。
在DMA测试中，可以通过测量材料在不同温度下的动态力学性能，来确定材料的玻璃化温度。
一般来说，玻璃化温度可以通过DMA测试中的loss modulus-temperature曲线或者storage modulus-temperature曲线来确定。
当材料的loss modulus或者storage modulus呈现突变或者明显变化时，可以认为材料的玻璃化温度已经达到。
而在TMA测试中，可以通过测量材料在加热过程中的热膨胀系数来确定玻璃化温度。
在TMA测试中，当材料的热膨胀系数出现突变时，可以认为材料的玻璃化温度已经到达。
除了DMA和TMA测试外，玻璃化温度还可以通过DSC（差示扫描量热法）等热分析方法来确定。
总的来说，玻璃化温度是材料的
重要性能参数，可以通过多种测试方法来确定，其中DMA和TMA是常用的方法之一。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
聚合物材料动态力学分析
实验目的
1.了解DMA的测量原理及仪器结构
2.了解影响DMA实验结果的因素，正确选择实验条件
3.掌握DMA试样制备方法及测量步骤
4.掌握DMA在聚合物分析中的应用
实验原理
材料的动态力学行为是材料在振动条件下，即在交变应力下（或交变应变）作用下的所作出的力学相应。
测试材料在一定温度范围内动态力学性能的变化即为动态热力学分析。
聚合物是粘弹性材料，研究聚合物的粘弹性常采用正弦性的交变外力，使试样产生的应变以正弦方式随时间改变，这种周期性的外力引起试样周期性的形变，应变始终落后应力一个相位。
δ=ε0E l sinω++ε0E"cosω+
其中，E l = ζ0cosδ/ε0 ，与应变同相的模量，称为实数模量，又称贮能模量。
E" = ζ0sinδ/ε0 ，与应变异相的模量，称为虚数模量，又称损耗模量。
损耗角正切或损耗因子tanδ=E" /E l
原料及仪器
试样：PS
条件：DMA多级应变尺寸：10.00mm×10.22mm×4.2mm ，振幅：20μm，泊松比：0.35 实验仪器：美国TAQ800动态机械分析仪
模量范围：1KPa－3TPa
频率范围：0.01－200HZ
力值范围：0.001－18N
温度范围：-145－600℃
应变分辨率：1nm
动态变形：±0.5－104μm
实验步骤
1.仪器及系统校准
2.试样的制备
a.对试样的总要求：表面光滑平整，无气泡，边缘精确平行、垂直，尺寸公差不超过
±0.1%，湿度大于滞留溶剂的试样必须预先干燥。
b.根据试样模量大小选择受力方式，按照各测量方法，对照试样的尺寸要求制备试样。
c.选择测量方式遵循的原则。
3.根据测量方式选择相应夹具，将夹具固定在合金柱上，装载试样，在室温下进行应力－
应变扫描，确定线性弹性区域，从而选择正确的测试条件
4.测量试样尺寸
5.根据要求编辑测试条件
6.实验结束后，自动温度控制器停止工作
实验结果
从图上可以读出：
Tg=101.42℃
Tanδ最大时T1=110.80℃
E"最大时T2=101.5℃
结果讨论与思考
1.聚合物材料DMA分析的意义：
a.研究材料可以使用的温度等条件
b.讨论橡胶相容性等
2.影响E l的主要因素：形变模式，材料的刚度越大，形变对E的影响越大。
3.影响特征温度的主要因素：
a.升温速率：升温速率越快，特征温度值就越高，不同材料升温速率影响不同。
b.频率：频率越高，特征温度值就越高，一般来说，频率每增加一个数量级，特征温
度就升高5-10℃。