熱機(jī)械分析法測(cè)定聚合物的溫度－形變曲線 

 

      熱機(jī)械分析法（TMA）是測(cè)定聚合物力學(xué)性質(zhì)變化的一種重要方法。它是在程序控制溫度下，測(cè)定聚合物在非振動(dòng)負(fù)荷下形變與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)具有一定形狀的聚合物樣品上施加恒定外力，在一定范圍內(nèi)改變溫度，觀察樣品隨溫度變化而發(fā)生形變的情況，以形變或相對(duì)形變對(duì)溫度作圖，所得的曲線，通常稱為溫度-形變曲線，又稱為熱機(jī)械曲線。根據(jù)所測(cè)樣品的溫度－形變曲線就可以得到樣品在不同溫度時(shí)的力學(xué)性質(zhì)。  

1．掌握測(cè)定聚合物溫度－形變曲線的方法。 

2．測(cè)定聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg，粘流溫度Tf；加深對(duì)線型非晶聚合物的三種力學(xué)狀態(tài)理論的認(rèn)識(shí)。 

3．掌握現(xiàn)代精密儀器熱機(jī)械分析儀（NETZSCH TMA202）的使用  

     材料的力學(xué)性質(zhì)是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過分子運(yùn)動(dòng)所決定的，對(duì)于聚合物材料，由于其結(jié)構(gòu)單元的多重性而導(dǎo)致了運(yùn)動(dòng)單元的多重性。它們的運(yùn)動(dòng)又具有溫度依賴性，所以，在不同的溫度下，外力恒定時(shí)，聚合物可以呈現(xiàn)不同的力學(xué)行為，這些性質(zhì)及轉(zhuǎn)變都可以被溫度－形變曲線反映出來。測(cè)定溫度－形變曲線，是研究聚合物力學(xué)性質(zhì)的一種重要方法。聚合物的許多結(jié)構(gòu)因素（包括化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量、結(jié)晶、交聯(lián)、增塑和老化）的改變，都會(huì)在溫度形變曲線上有明顯的反映，因而材料的溫度－形變曲線，也可以提供許多關(guān)于試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，了解聚合物分子運(yùn)動(dòng)與力學(xué)性能的關(guān)系，并分析聚合物的結(jié)構(gòu)形態(tài)，如結(jié)晶、交聯(lián)、增塑、分子量等，可以得到聚合物的特性轉(zhuǎn)變溫度，如：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg,,粘流溫度Tf和熔點(diǎn)等，對(duì)于評(píng)價(jià)被測(cè)試樣的使用性能，確定適用溫度范圍和選擇加工條件很有實(shí)用意義。     www.syhxq.com

      對(duì)于線型非晶聚合物有三種不同的力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)，高彈態(tài)，粘流態(tài)。溫度足夠低時(shí)，高分子鏈和鏈段的運(yùn)動(dòng)被“凍結(jié)”，外力的作用只能引起高分子鍵長(zhǎng)和鍵角的變化，因此，聚合物的彈性模量大，形變－應(yīng)力關(guān)系服從虎克定律，其機(jī)械性能與玻璃相似，表現(xiàn)出硬而脆的物理機(jī)械性質(zhì)，這時(shí)聚合物處于玻璃態(tài)，在玻璃態(tài)溫度區(qū)間內(nèi)，聚合物的這種力學(xué)性質(zhì)變化不大，因而在溫度—形變曲線上玻璃區(qū)是接近橫坐標(biāo)的斜率很小的一段直線(見圖1)；隨著溫度的上升，分子熱運(yùn)動(dòng)能量逐漸增加，到達(dá)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg后，分子運(yùn)動(dòng)能量已經(jīng)能夠克服鏈段運(yùn)動(dòng)所需克服的位壘，鏈段首先開始運(yùn)動(dòng)，這時(shí)聚合物的彈性模量驟降，形變量大增，表現(xiàn)為柔軟而富于彈性的高彈體，聚合物進(jìn)入高彈態(tài)，溫度－形變曲線急劇向上彎曲，隨后基本維持在一“平臺(tái)”上。溫度進(jìn)一步升高至粘流溫度Tf，整個(gè)高分子鏈能夠在外力作用下發(fā)生滑移，聚合物進(jìn)入粘流態(tài)，成為可以流動(dòng)的粘液，產(chǎn)生不可逆的永久形變，在溫度－形變曲線上表現(xiàn)為形變急劇增加，曲線向上彎曲。