聚合物材料动态力学分析

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℃。