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国外建∆材科技 2004 年第 25 卷第 2 期
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DM A 在高分子材料研究中的应用
王雁冰黄志雄张联盟武汉理工大学
摘要: 介绍了动态力学分析仪的原理, 探讨动态力学分析技术在高聚物研究中的应用。
关键词: 动态力学分析; 高聚物; 性能
动态力学分析 DM A (D ynam ic M echan ical 先一个相位角, 故
A nalysis) 属于动态热机械分析技术的一种, 是在程(t) = 0 sin ( t+ )
序控制温度下, 测量物资在振动负荷下的动态模量(t) = 0 sin t co s + 0co s tsin
或力学损耗与温度关系的技术。DM A 是测定高分 E ′= 0co s 0
子材料的各种转变, 评价材料的耐热性、耐寒性、相 E ″= 0 sin 0
容性、减震阻尼效率及加工工艺性能等的一种简便 E = 0co s 0+ i 0 sin 0
的方法, 并为研究高分子的聚集态结构提供信息。由 tan = E ″ E ′
于高分子的玻璃化转变、结晶、取向、交联、相分离等 E ′是储能模量, 与试样在每周期中贮存的最大
结构变化都与分子运动状态的变化密切相关, 而分弹性成正比, 反映材料粘弹性中的弹性成分, 表征材
子运动的变化又能在动态力学性能上灵敏的反映, 料的刚度; E ″是损耗模量, 与试样在每周期中以热的
因此, 动态力学分析是研究高分子结构变化- 分子形式消耗的能量成正比, 反映材料粘弹性中的粘性
运动- 性能的一种有效手段。对于研究高分子材料成分, 表征材料的阻尼。材料的阻尼也称力学内耗
科学与材料工程方面有着重要的指导意义。(D amp ing of m aterials) 用 tan 表示, 等于材料的
损耗模量 E ″与贮能模量 E ′之比。由动态力学仪
的原理
1 DM A DM A 可测出相位角 tan 、损耗模量 E ″与贮能模量
研究高分子动态力学性能的仪器很多, 常用的 E ′随温度、频率或时间变化的曲线。高聚物是典型
有 4 种类型: 自由振动、强迫共振、强迫非共振、声波的粘弹性材料, 它的力学性能除受本身的结构影响
传播。4 种测量方法适用的频率是不同的, 如图 1 所外, 更受外力大小及作用时间或频率、温度影响。通
示。其中最常用的是强迫非共振法。采用强迫非共过测出高分子材料的动态力学性能随温度、时间、频
振法的仪器有 DDV 型拉- 拉粘弹谱仪, 美国的率的变化, 不仅可研究高聚物材料的玻璃化转变和
Perk in- E lm er DM A - 7 等。次级松弛转变、结晶、交联、取向、共聚高聚物的相容
性等理论问题, 还可研究实际的工程问题, 如材料的
阻尼能力、耐环境能力和老化性能、热固性树脂的固
化过程及其工艺参数等。因此,DM A 是一种研究聚
合物分子链、结构与性能及其关系的重要手段, 从中
可获得有关高聚物材料的结构、分子运动及其转变
等的重要信息。
2 研究高聚物的玻璃化转变
图 1 各种测量动态力量学性能的方法所适用的频率范围众所周知, 高分子具