文档介绍：聚合物材料的一大特点就是具有粘弹性。如橡胶、塑料、纤维、薄膜、复合材料等,都具有粘弹性。用动态力学法研究聚合物的力学性能,已证明是一种非常有效的测试方法。
材料的动态力学性能可以与材料的宏观性能联系起来。动态力学性能,如:动态模量、损耗模量、阻尼特性(内耗) 。宏观性能,如:疲劳寿命、韧性、冲击弹性、撕裂性能、耐热性、耐寒、耐老化性能以及阻尼特性等。
力学性能还能与材料的微观结构变化和分子运动联系起来。如:相对分子量大小、分子取向、结晶度大小、交联和共聚、共混等结构参数的变化会引起动力学性质的变化。
另一方面,随现代科学的发展,高科技的引入,精密仪器制造技术迅速提高,使仪器的功能和测试的精度、分辨率不断提高,计算机控制和对数据的处理分析有了巨大进步,为研究聚合物材料创造新的分析方法提供了便利的条件。
第 14 章动态力学测量分析的基本原理
材料在交变外力作用下应力与应变的关系
所谓动态力学性能的测量分析是研究材料在交变应力作用下的应变响应。
材料受到交变的拉伸应力作用及其应变响应可表示为:
式中ε——交变的应变(为时间的函数);ε0 ——应变幅值;
σ——应力(为时间的函数); σ0 ——应力幅值;
ω——角频率ωt ——相位角;
δ——应力和应变的相位差,也称滞后角。
用复数形式表示的应力和应变为:
复模量
式中: E´——储能模量; E“——损耗模量。
复柔量
计算:
剪切复模量
剪切复柔量
损耗因子
如果测量的是聚合物熔体或溶液,其动态粘弹性可用复粘度表示。
复合粘度
聚合物力学性质与温度、频率、时间的关系
1. 温度谱
测温度谱时,原则上维持应力和频率不变。
温度由程序升温控制。
模量等随温度的变化如图所示。
2. 频率谱
频率谱,即频率扫描模式是在恒温、恒应力下,测定动态模量及损耗随频率变化的试验,用于研究材料性能与速度的依赖性。
3. 频率谱与温度的关系
从不同频率下测材料在相同温度范围内的温度谱(见图)可知,当频率变化10 倍时,随材料活化能不同其温度谱曲线位移7~10℃,也就是说,如果频率变化三个数量级时相当于温度位移21~30℃,因此,用频率谱扫描模式可以更细致地观察较不明显的次级松弛转变。
第15章动态力学分析仪器
没有一种动态力学仪器是万能的,即适合于不同聚合物材料,又适合于不同的频率和宽广的温度范围。
常用的动态力学仪器有三种类型:自由振动、强迫振动、非共振式强迫振动。
自由振动法
自由振动法是在一小的形变范围内研究试样自由振动时的振动周期、相邻两振幅间的对数减量以及它们与温度的关系,扭摆仪和扭辫仪属于此范畴。