热机械分析法测定聚合物的温度-形变曲线

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1、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.

2、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

3、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。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（

4、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T,整个高分子链能够在外力 f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。玻璃态与高弹态之间的转变温度就是玻璃化温度T ,高弹态与粘流态之间的转 变温度就是粘流温度T。前者是塑料的使用温度上限，橡胶类材

5、料的使用温度下限, 后者是成型加工温度的下限。5.站塑1/|站晶山2 J / J 1/竺j II厂站话刁3迟直-爬丟.出址r-兔爲心小g在出现的对话框中，打开TMA温度较正文件如图中的tcalzero，出现如下对话框，见图|ri TUL 2fl5 vm LB: VvirurtiiBmil:矗 OpAEk T-ahle? of1 S-uplo-E-a.tri9iL -kn訥九叭直讹“14再（X封塔tiffi百：|iJ14三 + Q 回i_2|0ia專三沖ijm. OljJSiS ScL图SipWmH SflLU2i3m. id|. Tlficitan. acL| JaKid ti xaL如旳hL

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7、T? ZDB iel LB: lb. 乳 WA 牝 迹抬； 币 1!孕tefllS-ft9L .堆址 工 勺产 讳:冊在该对话框中选择相应的样品支架校正文件fused_Si,对石英样品夹的热膨 胀进行校正，然后进入程序升温设置对话框。才贏 i?C2 Tisf SIEr nirta r M r邮lOlliLSStckeat:T&tiL：Dj Tctil TiisCC：OQ nuiilr bl.ri-an. -jO Mid BOtlSt ranscH - th壁 T1? EZCfl BEL 19. MIfl Na 2OZ 迹制；M .a熹？wi迟直-硝寿.卷址H L5：QT起点温度设置：选中Ste

8、p Category/initial，在start中填入起始温度值，并确 保Step Condition下的STC处于选中状态，然后按下Add,完成起点设置，在 Temperature Step中会显示相应的设置。见图：nnT1 -int-ir a nnl-ir bi-tri-in -131 wd B0升温速度设置：选中Step Category/Dynamic，在End temperature中填入所需温度，在Heating Rate中填入合适的升温速度5K/min在Acquisition中填入 8,并确保Step Condition下的STC处于选中状态，然后按下Add，选中Step Category/Dynamic中Final，会自动生成数值，然后按下Add，完成升温程序设定。按下Continue-，进入下一步，在出现的对话框中选择文件路径，并输入要 保存的文件名，点击保存后即开始进行测试。3.测试及分析测试完成后得到一张温度一形变曲线，选择Tool/Run analysis program，进 入曲线分析程序，得到所需参数。如图：四、结果与讨论1.实验记录，包括实验曲线、仪器样品及测试条件。2答复下列问题：1聚合物的温度一一形变曲线与其分子运动有什么联系?(2聚合物的温度一一形变曲线与其分子结构及聚集态结构有什么关系?