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热机械分析法测定聚合物的温度-形变曲线

作者:jiuxing 日期:2018/4/19 8:44:25 信息来源:东莞台塑仪器

热机械分析法测定聚合物的温度-形变曲线 
 
      热机械分析法(TMA)是测定聚合物力学性质变化的一种重要方法。它是在程序控制温度下,测定聚合物在非振动负荷下形变与温度关系的一种技术。实验时对具有一定形状的聚合物样品上施加恒定外力,在一定范围内改变温度,观察样品随温度变化而发生形变的情况,以形变或相对形变对温度作图,所得的曲线,通常称为温度-形变曲线,又称为热机械曲线。根据所测样品的温度-形变曲线就可以得到样品在不同温度时的力学性质。  
一.实验目的: 
1.掌握测定聚合物温度-形变曲线的方法。 
2.测定聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的玻璃化转变温度Tg,粘流温度Tf;加深对线型非晶聚合物的三种力学状态理论的认识。 
3.掌握现代精密仪器热机械分析仪(NETZSCH TMA202)的使用  
二、实验原理: 
     材料的力学性质是由其内部结构通过分子运动所决定的,对于聚合物材料,由于其结构单元的多重性而导致了运动单元的多重性。它们的运动又具有温度依赖性,所以,在不同的温度下,外力恒定时,聚合物可以呈现不同的力学行为,这些性质及转变都可以被温度-形变曲线反映出来。测定温度-形变曲线,是研究聚合物力学性质的一种重要方法。聚合物的许多结构因素(包括化学结构、分子量、结晶、交联、增塑和老化)的改变,都会在温度形变曲线上有明显的反映,因而材料的温度-形变曲线,也可以提供许多关于试样内部结构的信息,了解聚合物分子运动与力学性能的关系,并分析聚合物的结构形态,如结晶、交联、增塑、分子量等,可以得到聚合物的特性转变温度,如:玻璃化转变温度Tg,,粘流温度Tf和熔点等,对于评价被测试样的使用性能,确定适用温度范围和选择加工条件很有实用意义。     www.rongzhiyi.com
      对于线型非晶聚合物有三种不同的力学状态:玻璃态,高弹态,粘流态。温度足够低时,高分子链和链段的运动被“冻结”,外力的作用只能引起高分子键长和键角的变化,因此,聚合物的弹性模量大,形变-应力关系服从虎克定律,其机械性能与玻璃相似,表现出硬而脆的物理机械性质,这时聚合物处于玻璃态,在玻璃态温度区间内,聚合物的这种力学性质变化不大,因而在温度—形变曲线上玻璃区是接近横坐标的斜率很小的一段直线(见图1);随着温度的上升,分子热运动能量逐渐增加,到达玻璃化转变温度Tg后,分子运动能量已经能够克服链段运动所需克服的位垒,链段首先开始运动,这时聚合物的弹性模量骤降,形变量大增,表现为柔软而富于弹性的高弹体,聚合物进入高弹态,温度-形变曲线急剧向上弯曲,随后基本维持在一“平台”上。温度进一步升高至粘流温度Tf,整个高分子链能够在外力作用下发生滑移,聚合物进入粘流态,成为可以流动的粘液,产生不可逆的永久形变,在温度-形变曲线上表现为形变急剧增加,曲线向上弯曲。



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