第三章热力分析课件.ppt
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1、材料现代研究方法,朱诚身,第三章 热力分析,3.1热机械分析(TMA)3.2动态热机械分析(DMA),3.1热机械分析(TMA),一、热膨胀法 热膨胀法(TDA)是指程序控温条件下,在可忽略负荷时测量材料的尺寸与温度关系的技术。此法是最早用来研究聚合物转变的方法之一,具有装置简单和比较直观等优点。分为体膨胀法和线膨胀法,分别用体膨胀仪和线膨胀仪测量材料的体膨胀系数和线膨胀系数。,3.1热机械分析(TMA),(一)体膨胀法 体膨胀法研究聚合物的转变,通常用体膨胀系数(或比容)对温度作图。温度升高1时,试样体积膨胀(或收缩)的相对量称为体膨胀系数。(31)式中:V体膨胀系数,1/K;V0起始温度下
2、试样的原始体积,mm3;V温度差T下试样的体积变化量,mm3;T试验温度差,K。,3.1热机械分析(TMA),右图为体膨胀系数测定装置,是一种毛细管体膨胀仪。测量时将试样装入样品池内,抽真空,然后将水银或与所测聚合物不互溶的高沸点液体(如甘油、硅油等)装满样品池,并使液面升到毛细管的一定高度,在程序控温下,样品温度发生变化时,样品体积的变化反映在毛细管内液体的升降,同时记录温度和毛细管内液面的高度,把毛细管液面高度变化的读数扣除相应的注入液体的膨胀值和容器的膨胀值,得到样品体积的变化值,即可由式(3-1)求出V,从而得到VT关系图。,体膨胀系数测定装置图,3.1热机械分析(TMA),(二)线膨
3、胀法线膨胀法是测量聚合物试样的一维尺寸随温度的变化。当温度升高1时,沿试样某一方向上的相对伸长(或收缩)量称为线膨胀系数。(3-2)式中:L线膨胀系数,1/K;L0起始温度下试样的原始长度,mm;L温度差T下试样的长度变化量,mm;T试验温度差,K。,3.1热机械分析(TMA),二、热机械分析1定义:在程控温度下,测量物质在非振动负荷下的形变与温度关系的技术。负荷方式有:拉、压、弯、扭、针入等。2仪器、原理与结构(1)浮筒式热机械分析仪:用浮筒抵消压杆等引起的重力,测定恒定负荷下物体的线膨胀系数与T的关系。注意扣除压杆的膨胀值。常用探头有:膨胀(压缩)探头,应用最广,可策线膨胀系数;压缩(针入
4、)探头,可测维卡软化点(窄端探头),或软橡胶材料的压缩摸量(纯圆顶探头);挠曲(弯曲法)探头,可测马丁耐热温度;伸长(拉伸法)探头,可测纤维、膜等的伸、缩特性;体膨胀探头,可测体膨(缩)特性。(2)天平式热机械分析仪:分下皿式与上皿式两种,而以后者精确度高。但此法式样所受负荷随试样形变、天平横梁作弧线运动而渐变。,3.1热机械分析(TMA),3TMA在高分子中的应用(1)压缩法测膨胀系数和Tg、Tf;(2)针入法测维卡耐热温度针入度曲线 软化温度:直径1mm圆头针状探头,1Kg负荷(505)/h或(12012)/h升温,探头刺入试样1mm时温度。(3)弯区法测弯曲形变温度马丁耐热温度。(4)拉
5、伸法测纤维和薄膜的软化温度(形变1或2时温度)模量。(5)膨胀法测高聚物的g和m。4TMA的温度校正:用膨胀探头、Zn或In的Tm校正。,3.2动态热机械分析(DMA),一、DMA的定义与特点 1定义:在程序温度下测量物质在振动负荷下的动态模量和力学损耗温度关系的技术叫DMA。2特点:(1)秩序很小试样即可测定样品的动态力学性的频率谱成温度谱(2)可测定高分子的各种主转变(g和m)和次级转变,是研究高分子结构变化-分子运动-性能的重要手段。(3)其测定结果比TMA更接近于实际。,3.2动态热机械分析(DMA),3.2动态热机械分析(DMA),二、DMA测试样原理及仪器1基本力学概念与参数 粘性
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