高聚物力学性能测试.docx
- 文档编号:27048189
- 上传时间:2023-06-26
- 格式:DOCX
- 页数:34
- 大小:6.90MB
高聚物力学性能测试.docx
《高聚物力学性能测试.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高聚物力学性能测试.docx(34页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高聚物力学性能测试
作为材料使用时,总是要求高聚物具有必要的力学性能.
高分子材料的一般力学性能指标可用常规测试的方法得到,如用电子拉伸机可得到材料的拉伸.压缩、弯曲、剪切、冲击等强度指标.
本章讲述的是聚合物在程序受热的条件下的力学分析方法.主要介绍热机械曲线法、扭摆法、扭辫法、动态粘弹谱法及振簧法,前一种为静态力学方法,后四种为动态力学方法.
1.线形非晶态聚合物的温度-形变曲线
♦线型非晶态聚合物是指结构上无交联、聚集态无结晶的高分子材料.
♦典型无定型的温度-形变曲线如图所示,相应的模量-温度曲线同样用于反映分子运动(曲线形
状正好倒置)・
」几—T.—T/lC-Tf—
A•玻81夯;G高弹直;D・过浪区IE•粘流态
T.M1化温度:
T<•玻璃化温度:
T「粘流
♦高弹态(rubberystate):
链段运动但整个分子链不产生移动.此时受较小的力就可发生很大的形变(100~10<)0%),外力除去后形变可完全恢复,称为高弹形变.高弹态是高分子所特有的力学状态.
粘流温度(flowtempeniture):
链段沿作用力方向的协同运动导委大分子的重心发生相对位移,聚合物呈现流动性,此转变温度称为流动温度,记作T“
粘流态(viscousflowstate):
与小分子液体的流动相似,聚合物呈现粘性液体状,流动产生了不可逆变形.
三种物理状态
运动单元二
力学行为特征
应用
玻璃态Tb-Tg
键馋角、侧基
形变小,并且形变可逆,属于普弹形变・结构类似玻璃,弹性模量大.
塑料.纤维
高弹态T十T『
链段
形变大,形变可逆,弹性模量较小.
橡胶
推流态
Tf~Td
▼
链段、大分子链
形变为不可逆,属于永久形变,无强度.
流动取决于相对分子质量大小.
成型加工、油漆.粘合剂
图7・1橐合物温度形变曲线
2.交联聚合物的温度-形变曲线
交联度较小时,存在Tg,但Tf随交联度增加而逐渐消失.交联度校高时,Tg和Tf都不存在.
交・
图7・|聚合
3•晶态聚合物的温度•形
变曲线
♦一般分子量的晶态聚合物只有一个转变,即结晶的熔融,转变温度为熔点Tm・当结晶度不高(<40%)时,能观察到非晶态部分的玻璃化转变,即有Tg和Tm两个转变.
讨丁分子量很大的晶态聚合物达到Tm后还不能流动,乡严无是先进入高弹态,在升温到Tf后才会进入粘厂流态,于是有两个转变.
4•增塑聚合物的温度-形变曲线
♦加入增塑剂一般使聚合物的Tg和Tf都降低,但对柔性链和刚性链作用有所不同.
♦对柔性链聚合物,Tg降低不多而Tf降低较多,高弹区缩小.
♦对刚性链聚合物,T&和Tf都显著降低,在增塑剂达一定浓度时,由于增塑剂分子与高分子基团间的相互作用,使刚性链变为柔性链,此时显著降低而Tf降低不大,即扩大了高弹区,-F称“增弹作用”,这点对生产上极为有用(例
如纯PVC只能作塑料,适当加入增塑剂后,可以作‘3革、鞋.薄膜等)・
二、T・D曲线(热机械曲线)的测试
♦关键参数:
Tg、Tf,
♦仪器:
温度-形变仪
•热机械曲线的形状取决于聚合物的分子量、化学结构和聚集态结构.添加剂.受热史.形变史、升温速度、受力大小等诸多因素.升温速度快,Tg、Tf也会高些,应力大,Tf会降低,高弹态会不明显.因此实验时要根据所研究的对象要求,选择测定条件,作相互比较时,一定要在相同条件下测定.
♦分子量Ml~M9递增
♦M1~M6,分子量相对较低,Tg«M,且咋Tf(重合)
♦
M7~M8,分子量相对较高,TfocM,Tg7«丁Tg8=Tg9.
♦
第二节髙聚物的力学松弛及动态力学实验方法
一、高聚物的力学松弛现象
1.力学松弛
♦一个理想的弹性体,当受到外力时,平衡形变是瞬间达到的,与时间无关;一个理想的粘性体,当受到外力时,形变是随时间线性发展的.聚合物的形变的发展具有时间依赖性,这种性
、质介于理想弹性体和理想粘性体之间,称为粘讣弹性.粘弹性是高分子材料的一个重要的特性.
2•静态粘弹性现象一蠕变(creep)和应力松弛
(stressrelaxation)
♦高聚物的松弛过程直接影响高聚物材料尺寸稳定性;
♦但高聚物材料成型加工过程中也需要通过松弛过程将各种应力松弛掉,防止应力集中而影响使用.
③蠕变和应力松弛的关系
④衫响蠕变和应力松弛的因素
♦a・结构(内因):
一切增加分子间作用力的因素都有利于减少蠕变和应力松弛,如增加相对分子质量,交联,结晶,取向,引入刚性基团,添加填料等.
♦b・温度或外力(外因):
温度太低(或外力太小),蠕变和应力松弛慢且小,短时间内观察不到;温度太高(或外力太大),形变发展很快,形变以粘流为主,也观察不到.只有在玻璃化转变区才最明显.
2•动态粘弹性现象-滞后(retardation)和力学损耗(内耗,internalfriction)
♦动态粘弹性现象是在交变应力或交变应变作用下,聚合物材料的应变或应力随时间的变化.主要讨论滞后(retardation)和力学损耗(内耗,internalTriction)两种现象.
♦式中:
坯-最大应力和最大应变(正弦波的振幅);
(0-角频率;
6为应变发展落后于应力的相位差,又称力学损耗角.6越大,说明链段运动越困难,愈是跟不上外力的变化.
♦发生滞后时,拉伸曲线上应变达不到与其应力相对应的平衡应变值,而回缩时,情况正好相反,回缩曲线上应变大于与其对应的平衡值.拉伸功Wl:
ABCE所围面积;回缩功W2:
FDCE所围面积
♦内耗在纪70年代才引起人们的注意.意义:
高聚物在作为橡胶轮胎使用时,要求内耗越小越好;相反在作为减震吸音等材料使用时,要求内耗要大一些才好.
♦人们常用堆6来表示内耗的大小.
♦彩响内耗的因素有:
♦
(1)结构(内因):
侧基数目越多,侧基越大,则内耗越大.
♦⑵温度和外力作用频率(外因):
只有在玻璃、化转变区内耗最为明显,因而iiittgd-T曲线'(温度谱)的峰值可以测得堆6,通过輕~
斗'厂炀3曲线(频率谱)的峰值能测得玻璃化转变
⑴
sinco/cosd+scossin6
sin(cor+6)
G0coso)tsind与t的相差为90。 幅值为GoSind*消菽于克服摩擦阻力. (2)模量与内耗的关系 若Nm 由于应力比应变领先一个相位角6,则 E*=+iEv (/)=nosin(tor+6)=a0sino)rcos6+n0coscd/sind 浮此,这时的模量也应包括两个部分,用复数彳坯撲量表示如下: 弹性储存模量;E”-损耗模量, ♦内耗角正切tgd=E,7E\它与在一个完整周期应力作用下所消耗的能量与所储存的最大位能之比成正比. ♦复数模量E*«E,+iE^频率和温度有关,当 为“卞固定温度而考虑&和E"随频率变化的情况时, ”可以得到&和E"的频率谱;而固定频率,改变温度时则得到温度谱. 粘弹性的实验方法 A分fZ 拉仲H M 疋枪卄的绷M ten 炉 ①扭摆法 ♦测定聚合物的切变模量和对数减量. 虞时,试样受到一扭转变形,外力除去后,由于试: 样的弹性回复力使惯性体开始做扭转自由振动, ©此这一装置就称为扭摆.由于试样内部高分子 \的内摩擦作用,振动受到阻尼衰减,振幅随时间 增加而减小. ♦以合适的温度间隔在不同温度下进行扭摆试验,可得到样品的一系列的G和堆6值,用其分别对温度作图,即可得到该样品的动态力学谱. 计算△・ ♦由P可得到相对刚度1/P2, ♦由A和1/R2可得模量的相对值.由A和1/P2对T作图,可获得转变温度・ 扭辯法只能获得模量的相对值,因为样品是附'在辯子上的• ♦试样在控温箱中,两端被央在央具中,一端的央具接振荡器,另一端的央具接传感器.振荡 器将一定频率的正弦变化的应力作用于试样,同时此应变也反应到平移器,试样产生的应力则由传感器接收.平移器和传感器将接收到的应变和应力的变化信号同时输送到信号放大器壮计算机,经放大的信号输入记录仪可绘制出模童-温度、内切角正切-温度的关系曲线. 作业: ♦1•画出线形非晶态高聚物.交联聚合物、结晶聚合物的典型温度-形变曲线,它们各有什么特点? ♦2.名词解释: 力学松弛.蠕变、应力松弛、滞后、力学损耗 今3.比较扭摆法和扭辫法.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 物力 性能 测试
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)