聚合物的动态力学性能

实验七 聚合物的动态力学性能

1. 实验目的要求

1.1 掌握使用DMA Q800型动态力学分析仪测定聚合物的复合模量、储能模量和损耗模

量的原理及方法。

1.2 能够通过数据分析，了解聚合物的结构特性。

2. 实验原理

当样品受到变化着的外力作用时，产生相应的应变。在这种外力作用下，对样品的应力-应变关系随温度等条件的变化进行分析，即为动态力学分析。动态力学分析是研究聚合物结构和性能的重要手段，它能得到聚合物的储能模量（E '），损耗模量（E ''）和力学损耗（tan δ），这些物理量是决定聚合物使用特性的重要参数。同时，动态力学分析对聚合物分子运动状态的反映十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度、频率以及其它条件的变化的特性可得聚合物结构和性能的许多信息，如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等等。

本实验采用DMA Q800型动态力学分析仪分析聚合物在一定频率下，动态力学性能随温度的变化。

如果在试样上加一个正弦应力σ，频率为ω，振幅为0σ，则应变ε也可以以正弦方式改变，应力与应变之间有一相位差δ，可分别表示为：

0sin t εεω=

0sin()t σσωδ=+

式中0σ和0ε分别为应力和应变的幅值，将应力表达式展开：

00cos sin()sin cos t t σσδωδσδω=++

应力波可分解为两部分，一部分与应力同相位，峰值为0cos σδ，与储存的弹性能有关，另一部分与应变有90°的相位差，峰值为0sin σδ，与能量的损耗有关。定义储能模量（E '），损耗模量（E ''）和力学损耗（tan δ）：

00(/)cos E σεδ'= 00(/)sin E σεδ''=

sin tan cos E E δδδ''

=='

复数模量可表示为：

*E E iE '''=+

其绝对值为：

E =

在交变应力作用下，样品在每一周期内所损耗的机械能可通过下式计算：

320()()W t d t E φεσπε''?==

?与E''成正比，因此，样品损耗机械能的能力高低可以用E''或tanδ值的大小来W

衡量。

动态力学分析对分子运动特别灵敏。当一定温度下高分子链段运动频率与仪器施加频率一致时，由于链段运动而产生的分子间摩擦作用能最大限度地损耗机械能，此时tanδ值达到最大值。储能模量也随温度上升而大幅度下降。

图7-1是聚乳酸(PLA)的动态力学分析曲线。

图7-1 PLA的动态力学分析曲线（频率1Hz）

3. 实验原材料和仪器设备

3.1 原材料

聚对苯二甲酸己二酯（PET）, 玻璃化温度约180°C, 熔融温度260°C。

3.2 仪器设备

动态力学分析仪，产地：美国TA公司，型号：Q 800。动态力学分析仪主机炉内结构如图7-2所示。

仪器主要参数：

炉温范围：-150℃～600℃（注意：设置温度禁止超过材料熔点）

升温速率：0.1℃/min～20℃/min（400℃后25℃/min）

降温速率：0.1℃/min～20℃/min

预加力： 0.001～18N

振幅: 0.5～10,000μm

频率范围：1.0×10-2～200Hz。

本仪器配置计算机，可通过计算机设置测试条件，完成条件控制、数据处理及打印谱图。

图7-2 动态力学分析仪主机炉内结构图

4. 实验步骤

4.1 样品：

(1)试样制备

将聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）原料（颗粒状）在120℃真空干燥12h，采用压制法成型制备薄膜试样。

4.2样条制备

用刀将薄膜裁成厚为0.5～2.0 mm，宽3～6 mm, 长20～30mm试条备用。

4.3 DMA测试部分

（1）接通DMTA电源，开启电脑和动态力学分析仪主机，预热10分钟。

（2）双击电脑屏幕上的TA Instrument应用软件图标，这时显示Q800图标。

（3）双击Q800

仪器校正

每次重新开机进行实验之前需进行力、位置和夹具三项校正。

(4) 当实验步骤（3）完成之后，点击开始。

（5）试验结束后，卸下全部的夹具及样品，并关闭软件和计算机，最后关闭DMA电源。

5. 实验结果及分析

DMA Q800动态力学分析仪自动处理数据并打印出谱图。分析在实验温度范围内，聚合物模量变化的趋势并说明原因。

6. 问题讨论

（1）如何通过动态力学分析仪分析共混聚合物两相相容的情况？

（2）为什么在玻璃化转变区内tan 会出现最大值？

7系铝合金的动态力学性能

摘要 材料在复杂的服役环境中可能受到各种不同载荷的作用，对材料在不同加载条件下力学行为的研究是完善材料开发、应用以及进行新材料及结构设计的基础。目前，国内对7005 铝合金的研究尚处于初级阶段，对于这类新型高性能铝合金在动态加载条件下的力学行为研究仍然十分匮乏。另外，作为目前研究材料动态力学行为最为常用的实验设备——分离式霍普金森压杆（SHPB）和分离式霍普金森拉杆（SHTB）。本实验研究热处理之后的七系铝合金的动态力学性能。首先对7005铝合金分别进行固溶，时效，回归，再时效等不同的热处理工艺在动态应变下力学行为和响应，采用分离式Hopkinson 压杆装置对7005 铝合金试件分别进行动态压缩，利用光学显微镜对压缩后试件进行了微观组织观察。最后结论发现试件在固溶时效。回归温度180℃升温10min保温30min 时在应变为0.013 时才到达应力123.6MPa。（应力随应变变化的最快，但是达到的最大应力在所有试验中时最小的）。 关键词动态加载; 分离式霍普金森压杆; 七系铝合金; 微观组织

Abstract Materials will be subjected by various loads in complicated application environment; so,studying the mechanical properties of the materials under different loading conditions is the basis for application and design of the materials. At present, the research on 7005 aluminum alloy is just at the starting stage in China, and the research on the mechanical behaviors of 7005 aluminum alloy under different loading conditions is still very scarce. Meanwhile, the split Hopkinson pressure bar (SHPB) and the split Hopkinson tensile bar (SHTB) are the most commonly used test equipments of dynamic mechanics. The dynamic mechanical properties of the seven-series aluminum alloy after heat treatment were studied. Firstly, 7005 aluminum alloy was subjected to different heat treatment processes, such as solid solution, aging, regression and re-aging, respectively. Under dynamic strain, the 7005 aluminum alloy specimens were dynamically compressed by separate Hopkinson bar, The microstructures were observed after compression. Finally, the specimen in solid solution, and the regression temperature 180 ℃（Warming up for ten minutes Hold for ten minutes）shows that the stress reaches 123.6MPa when the strain is 0.013 . (Stress is the fastest change with strain, but the maximum stress reached is the smallest in all trials). Key words dynamic loading; separate Hopkinson pressure bar; 7××× aluminum alloy; microstructure

聚合物材料动态力学分析

聚合物材料动态力学分析 实验目的 1.了解DMA的测量原理及仪器结构 2.了解影响DMA实验结果的因素，正确选择实验条件 3.掌握DMA试样制备方法及测量步骤 4.掌握DMA在聚合物分析中的应用 实验原理 材料的动态力学行为是材料在振动条件下，即在交变应力下（或交变应变）作用下的所作出的力学相应。测试材料在一定温度范围内动态力学性能的变化即为动态热力学分析。 聚合物是粘弹性材料，研究聚合物的粘弹性常采用正弦性的交变外力，使试样产生的应变以正弦方式随时间改变，这种周期性的外力引起试样周期性的形变，应变始终落后应力一个相位。 δ=ε0E l sinω++ε0E"cosω+ 其中，E l = ζ0cosδ/ε0 ，与应变同相的模量，称为实数模量，又称贮能模量。 E" = ζ0sinδ/ε0 ，与应变异相的模量，称为虚数模量，又称损耗模量。 损耗角正切或损耗因子tanδ=E" /E l 原料及仪器 试样：PS 条件：DMA多级应变尺寸：10.00mm×10.22mm×4.2mm ，振幅：20μm，泊松比：0.35 实验仪器：美国TAQ800动态机械分析仪 模量范围：1KPa－3TPa 频率范围：0.01－200HZ 力值范围：0.001－18N 温度范围：-145－600℃ 应变分辨率：1nm 动态变形：±0.5－104μm 实验步骤 1.仪器及系统校准 2.试样的制备 a.对试样的总要求：表面光滑平整，无气泡，边缘精确平行、垂直，尺寸公差不超过 ±0.1%，湿度大于滞留溶剂的试样必须预先干燥。 b.根据试样模量大小选择受力方式，按照各测量方法，对照试样的尺寸要求制备试样。 c.选择测量方式遵循的原则。 3.根据测量方式选择相应夹具，将夹具固定在合金柱上，装载试样，在室温下进行应力－ 应变扫描，确定线性弹性区域，从而选择正确的测试条件 4.测量试样尺寸 5.根据要求编辑测试条件 6.实验结束后，自动温度控制器停止工作

聚合物材料的动态力学性能测试

DMA 测量形状记忆高聚物性能原理及应用 聚合物材料的动态力学性能测试 在外力作用下，对样品的应变和应力关系随温度等条件的变化进行分析，即为动态力学分析。动态力学分析能得到聚合物的动态模量( E′)、损耗模量(E″)和力学损耗(tanδ)。这些物理量是决定聚合物使用特性的重要参数。同时，动态力学分析对聚合物分子运动状态的反应也十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度、频率以及其他条件的变化的特性可得到聚合物结构和性能的许多信息，如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等。 实验原理 高聚物是黏弹性材料之一，具有黏性和弹性固体的特性。它一方面像弹性材料具有贮存械能的特性，这种特性不消耗能量；另一方面，它又具有像非流体静应力状态下的黏液，会损耗能量而不能贮存能量。当高分子材料形变时，一部分能量变成位能，一部分能量变成热而损耗。能量的损耗可由力学阻尼或内摩擦生成的热得到证明。材料的内耗是很重要的，它不仅是性能的标志，而且也是确定它在工业上的应用和使用环境的条件。 如果一个外应力作用于一个弹性体，产生的应变正比于应力，根据虎克定律，比例常数就是该固体的弹性模量。形变时产生的能量由物体贮存起来，除去外力物体恢复原状，贮存的能量又释放出来。如果所用应力是一个周期性变化的力，产生的应变与应力同位相，过程也没有能量损耗。假如外应力作用于完全黏性的液体，液体产生永久形变，在这个过程中消耗的能量正比于液体的黏度，应变落后于应力90o，如图2-61(a)所示。聚合物对外力的响应是弹性和黏性两者兼有，这种黏弹性是由于外应力与分子链间相互作用，而分子链又倾向于排列成最低能量的构象。在周期性应力作用的情况下，这些分子重排跟不上应力变化，造成了应变落后于应力，而且使一部分能量损耗。图2-61(b)是典型的黏弹性材料对正弦应力的响应。正弦应变落后一个相位角。应力和应变可以用复数形式表示如下。 σ*=σ0exp(iωt) γ*=γ0 exp[i (ωt-δ) ] 式中，σ0和γ0为应力和应变的振幅；ω是角频率；i是虚数。用复数应力σ*除以复数形变γ*，便得到材料的复数模量。模量可能是拉伸模量和切变模量等，这取决于所用力的性质。为了方便起见，将复数模量分为两部分，一部分与应力同位相，另一部分与应力差一个90o的相位角，如图2-61(c)所示。对于复数切变模量 E*=E′+iE″ (2－60)

聚合物材料的动态力学性能测试

测量形状记忆高聚物性能原理及应用 聚合物材料地动态力学性能测试 在外力作用下，对样品地应变和应力关系随温度等条件地变化进行分析，即为动态力学分析.动态力学分析能得到聚合物地动态模量( ′)、损耗模量(″)和力学损耗(δ).这些物理量是决定聚合物使用特性地重要参数.同时，动态力学分析对聚合物分子运动状态地反应也十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度、频率以及其他条件地变化地特性可得到聚合物结构和性能地许多信息，如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等.b5E2R。 实验原理 高聚物是黏弹性材料之一，具有黏性和弹性固体地特性.它一方面像弹性材料具有贮存械能地特性，这种特性不消耗能量；另一方面，它又具有像非流体静应力状态下地黏液，会损耗能量而不能贮存能量.当高分子材料形变时，一部分能量变成位能，一部分能量变成热而损耗.能量地损耗可由力学阻尼或内摩擦生成地热得到证明.材料地内耗是很重要地，它不仅是性能地标志，而且也是确定它在工业上地应用和使用环境地条件.p1Ean。 如果一个外应力作用于一个弹性体，产生地应变正比于应力，根据虎克定律，比例常数就是该固体地弹性模量.形变时产生地能量由物体贮存起来，除去外力物体恢复原状，贮存地能量又释放出来.如果所用应力是一个周期性变化地力，产生地应变与应力同位相，过程也没有能量损耗.假如外应力作用于完全黏性地液体，液体产生永久形变，在这个过程中消耗地能量正比于液体地黏度，应变落后于应力，如图()所示.聚合物对外力地响应是弹性和黏性两者兼有，这种黏弹性是由于外应力与分子链间相互作用，而分子链又倾向于排列成最低能量地构象.在周期性应力作用地情况下，这些分子重排跟不上应力变化，造成了应变落后于应力，而且使一部分能量损耗.图()是典型地黏弹性材料对正弦应力地响应.正弦应变落后一个相位角.应力和应变可以用复数形式表示如下.DXDiT。 σ*σ(ω) γ*γ [ (ωδ) ] 式中，σ和γ为应力和应变地振幅；ω是角频率；是虚数.用复数应力σ*除以复数形变γ*，便得到材料地复数模量.模量可能是拉伸模量和切变模量等，这取决于所用力地性质.为了方便起见，将复数模量分为两部分，一部分与应力同位相，另一部分与应力差一个地相位角，如图()所示.对于复数切变模量RTCrp。 *′″ (－) 式中

高中物理动态力学分析

专题动态平衡中的三力问题图解法分析动态平衡 在有关物体平衡的问题中，有一类涉及动态平衡。这类问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，故这是力平衡问题中的一类难题。解决这类问题的一般思路是：把“动”化为“静”，“静”中求“动”。根据现行高考要求，物体受到往往是三个共点力问题，利用三力平衡特点讨论动态平衡问题是力学中一个重点和难点 方法一：三角形图解法。 特点：三角形图象法则适用于物体所受的三个力中，有一力的大小、方向均不变（通常为重力，也可能是其它力），另一个力的方向不变，大小变化，第三个力则大小、方向均发生变化的问题。 方法：先正确分析物体所受的三个力，将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形。然后将方向不变的力的矢量延长，根据物体所受三个力中二个力变化而又维持平衡关系时，这个闭合三角形总是存在，只不过形状发生改变而已，比较这些不同形状的矢量三角形，各力的大小及变化就一目了然了。 例1.1 如图1所示，一个重力G的匀质球放在光滑斜面上，斜面倾角为，在斜面上有一光滑的不计厚度的木板挡住球，使之处于静止状态。今使板与斜面的夹角缓慢增大，问：在此过程中，挡板和斜面对球的压力大小如何变化？ 解析：取球为研究对象，如图1-2所示，球受重力G、斜面支持力F1、挡板支持力F2。因为球始终处于平衡状态，故三个力的合力始终为零，将三个力矢量构成封闭的三角形。F1的方向不变，但方向不变，始终与斜面垂直。F2的大小、方向均改变，随着挡板逆时针转动时，F2的方向也逆时针转动，动态矢量三角形图1-3中一画出的一系列虚线表示变化的F2。由此可知，F2先减小后增大，F1随增大而始终减小。 同种类型：例1.2所示，小球被轻质细绳系着，斜吊着放在光滑斜面上，小球质量为m，斜面倾角为θ，向右缓慢推动斜面，直到细线与斜面平行，在这个过程中，绳上张力、斜面对小球的支持力的变化情况？（答案：绳上张力减小，斜面对小球的支持力增大）

21聚合物材料的动态力学性能测试

实验15 聚合物材料的动态力学性能测试 在外力作用下，对样品的应变和应力关系随温度等条件的变化进行分析，即为动态力学分析。动态力学分析能得到聚合物的动态模量( E′)、损耗模量(E″)和力学损耗(tanδ)。这些物理量是决定聚合物使用特性的重要参数。同时，动态力学分析对聚合物分子运动状态的反应也十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度、频率以及其他条件的变化的特性可得到聚合物结构和性能的许多信息，如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等。 1. 实验目的 （1）了解聚合物黏弹特性，学会从分子运动的角度来解释高聚物的动态力学行为。 （2）了解聚合物动态力学分析(DMA)原理和方法，学会使用动态力学分析仪测定多频率下聚合物动态力学温度谱。 2. 实验原理 高聚物是黏弹性材料之一，具有黏性和弹性固体的特性。它一方面像弹性材料具有贮存械能的特性，这种特性不消耗能量；另一方面，它又具有像非流体静应力状态下的黏液，会损耗能量而不能贮存能量。当高分子材料形变时，一部分能量变成位能，一部分能量变成热而损耗。能量的损耗可由力学阻尼或内摩擦生成的热得到证明。材料的内耗是很重要的，它不仅是性能的标志，而且也是确定它在工业上的应用和使用环境的条件。 如果一个外应力作用于一个弹性体，产生的应变正比于应力，根据虎克定律，比例常数就是该固体的弹性模量。形变时产生的能量由物体贮存起来，除去外力物体恢复原状，贮存的能量又释放出来。如果所用应力是一个周期性变化的力，产生的应变与应力同位相，过程也没有能量损耗。假如外应力作用于完全黏性的液体，液体产生永久形变，在这个过程中消耗的能量正比于液体的黏度，应变落后于应力90o，如图2-61(a)所示。聚合物对外力的响应是弹性和黏性两者兼有，这种黏弹性是由于外应力与分子链间相互作用，而分子链又倾向于排列成最低能量的构象。在周期性应力作用的情况下，这些分子重排跟不上应力变化，造成了应变落后于应力，而且使一部分能量损耗。图2-61(b)是典型的黏弹性材料对正弦应力的响应。正弦应变落后一个相位角。应力和应变可以用复数形式表示如下。 σ*=σ0exp(iωt) γ*=γ0 exp[i (ωt-δ) ] 式中，σ0和γ0为应力和应变的振幅；ω是角频率；i是虚数。用复数应力σ*除以复数形变γ*，便得到材料的复数模量。模量可能是拉伸模量和切变模量等，这取决于所用力的性质。为了方便起见，将复数模量分为两部分，一部分与应力同位相，另一部分与应力差一个90o 的相位角，如图2-61(c)所示。对于复数切变模量 E*=E′+i E″(2－60) 式中 E′=∣E*∣cosδ E″=∣E*∣sinδ 显然，与应力同位相的切变模量给出样品在最大形变时弹性贮存模量，而有相位差的切变模量代表在形变过程中消耗的能量。在一个完整周期应力作用内，所消耗的能量△W与所贮存能量W之比，即为黏弹性物体的特征量，叫做内耗。它与复数模量的直接关系为

结晶对聚合物性能的影响

结晶对聚合物性能的影响 结晶作用对高分子聚乙烯板材等聚合物物理及力学性能影响都 十分显著(见下表)。结晶对性能的影响的程度主要取决于以下几个因素：结晶度、晶粒大小和晶体的结构。 1)力学性能通常随着结晶度的增加，聚合物的屈服应力、强度、模量和硬度等均提高;而断裂伸长和冲击韧性则降低，显然结晶使聚合物变硬变脆了。这是因为结晶度增加，分子链排列紧密有序，孔隙率低，分子间相互作用力增加，链段运动变得困难的缘故。 同样，当材料受到冲击时，分子链段没有活动余地，冲击强度降低。结晶作用提高了软化温度，使得结晶聚合物在玻璃化温度以上仍能保持适当的力学性能。另外在玻璃化温度以上，微晶体可以起到物理交联的作用，使链韵滑移减小，因而结晶度增加可以使蠕变和应力松弛降低。 球晶的结构对强度的影响超过了结晶度所产生的影响。大的球晶通常使聚合物的断裂伸长和韧性下降，这是因为大的球晶内部的孔隙和结晶界面的缺陷较多，这些最薄弱的环节受力后很容易发生破坏。前面已经提过，球晶是聚合物熔体结晶的主要方式，它的大小通常采用冷却速率来控制。缓慢冷却和退火能生产大的球晶，而由熔体快速冷却或淬火可以得到小的球晶。尤其是使用一些异相成核，促进结晶过程和加快结晶速度，可以生成多而小的球晶。对不同的聚合物，球

晶的大小和多少对性能的影响的趋势都不同。所以，能影响结晶速、结晶度的一些因素都会间接影响到聚合物的力学性能。 从晶体的结构上来说，由伸直链组成的纤维状晶体，其拉伸性能比折叠链晶体好得多。根据这-道理，可以在加工冷却过程中改变工艺条件形成伸直链晶体，.满足制品拉伸性能的要求。 2)密度和光学性质晶区中的分子链排列规整，其密度大于非晶区，因而随着结晶度的增加，聚合物的密度增大。物质的折射率与密度有关，因此聚合物中的晶区与非晶区的折射率是不同的。光线通过结晶聚合物时，在晶区界面上要发生折射和反射，而不能直接通过，所以结晶区域越大，即结晶度越高的聚合物，其透明性就越差。结晶度越小，透明性越好，那些完全非晶的聚合物，通常都是透明的，如聚苯乙烯等。 但是，如果一种聚合物的晶相密度与非晶相密度相近，光线在晶区界面上几乎不发生反射和折射。或者当晶区的尺寸小到比可见光的波长还小，此时入射光也不发生反射和折射，这样的聚合物即使有结晶，对透明性也不会有太大影响。对于许多结晶聚合物，为了提高其透明性，可以设法减小其晶区尺寸。例如等规聚丙烯，在加工时加入成核剂，可得到含小球晶的制品，其透明性和其他性能有所提高。 3)热性能对作为塑料使用的聚合物而言，在不结晶或结晶度低时，最高使用温度是玻璃化温度。结晶聚合物的熔点远远高于非晶聚

聚合物动态力学性能的测定.

实验7 聚合物动态力学性能的测定 聚合物材料，如塑料、橡胶、纤维及其复合材料等都具有粘弹性，用动态力学的方法研究聚合物材料的粘弹性，已证明是一种非常有效的方法。材料的动态力学行为是指材料在振动条件下，即在交变应力（或交变应变）作用下作出的力学响应。测定材料在一定温度范围内的动态力学性能的变化即为动态力学分析（dynamic mechanical thermal analysis, DMTA ） 一、二、实验目的 了解动态力学分析的测量原理及仪器结构。了解影响动态力学分析实验结果的因素，正确选择实验条件。掌握动态力学分析的试样制备及测试步骤。掌握动态力学分析在聚合物分析中的应用。 实验原理 聚合物的粘弹性是指聚合物既有粘性又有弹性的性质，实质是聚合物的力学松弛行为。研究聚合物的粘弹性常采用正弦的交变应力，使试样产生的应变也以正弦方式随时间变化。这种周期性的外力引起试样周期性的形变，其中一部分所做功以位能形式贮存在试样中，没有损耗，而另一部分所做功，在形变时以热的形式消耗掉。应变始终落后应力一个相位，以拉伸为例，当试样受到交变的拉伸应力作用时，其交变应力和应变随时间的变化关系如下： 应力 )sin(0δ?σσ+=t (7-1) )900(0<<δ应变 t ?εεsin 0= (7-2) 式中0σ和0ε为应力和形变的振幅；ω是角频率；δ是应变相位角。

式（7-1）和式（7-2）说明应力变化要比应变领先一个相位差δ，见图7.1。 图7.1 应力应变和时间的关系 将式（7-1）展开为： δ?σδωσσsin cos cos sin 00t t += (7-3) 即认为应力由两部分组成，一部分)cos sin (δ?σt 与应变同相位，另一部分)sin cos (0δ?σt 与应变相差2/π。根据模量的定义可以得到两种不同意义的模量，定义'E 为同相位的应力和应变的比值，而''E 为相位差2/π的应力和应变的振幅的比值，即 t E t E ?εωεσcos ''sin '00+= （7-4） 此时模量是一个复数，叫复数模量*E 。 '''*iE E E += （7-5） 'E 为实数模量又称储能模量，表示材料在形变过程中由于弹性形变而储存的能量；''E 为虚数模量也称损耗模量，表示在形变过程中以热的方式损耗的能量。 ' ''tan E E =δ （7-6） 式（7-6）中，δtan 为损耗角正切或称损耗因子。 研究材料的动态力学性能就是要精确测量各种因素（包括材料本身的结构参数及外界条件）对动态模量及损耗因子的影响。 聚合物的性质与温度有关，与施加于材料上外力作用的时间有关，还与外力作用的频率有关。当聚合物作为结构材料使用时，主要利用它的弹性、强度，要求在使用温度范围内有较大的贮能模量。聚合物作为减震或隔音材料使用时，则主要利用它们的粘性，要求在一定

聚氨酯泡沫材料动态力学性能

１００７－９６２９（２０１２）０３－０３５６－０５ 高应变率下聚氨酯泡沫材料动态力学性能研究 范俊奇１＇２，董宏晓２，高永红１＇２，楼梦麟１ １．同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海２０００９２；２．总参工程兵科研三所，河南洛阳４７１０２３ 摘要：在静力试验的基础上，利用ＩＮＳＴＲＯＮ－１１８５型万能材料试验机在快速加载条件下对不同应变速度的聚氨酯泡沫材料动载抗压性能进行了较系统的试验，完整给出了聚氨酯泡沫材料在高应变速率下的动态应力应变曲线，定性研究了聚氨酯泡沫材料的动态力学行为，探讨了该材料性能与加载速率的关系，得到了考虑应变率效应的材料动态本构关系，最终给出了便于工程应用的材料静态和动态力学参数之间的关系． 聚氨酯泡沫材料；高应变率；动态力学性能；吸能特性 ＴＢ５３５＋．１Ａ１０．　３９６９／ｊ．　ｉｓｓｎ．　１００７－９６２９．　２０１２．０３．　０１２ Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　 Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ　Ｆｏａｍ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｕｎｄｅｒ　Ｈｉｇｈ　Ｓｔｒａｉｎ　Ｒａｔｅ　 ＦＡＮ　Ｊｕｎ－ｑｉ　ＤＯＮＧ　Ｈｏｎｇ－ｘｉａｏ　ＧＡＯ　Ｙｏｎｇ－ｈｏｎｇ　ＬＯＵ　Ｍｅｎｇ－ｌｉｎ　 ２０１０－１２－１９２０１１－０３－１４ 范俊奇（１９７５－），男，河南洛阳人，同济大学博士生．Ｅ－ｍａｉｌ：　ｌｙｆｊｑ＠１６３．ｃｏｍ　 万方数据

６．６７Ｘ　１０　２ ０．３４６ ６．８５ １．３３×　１０－１ ０．３７６ ５．５７万方数据

与静屈服应力的关系 ａｍｉｃ　ｙｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｓｔａｔｉｃ　ｙｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｓｓ万方数据

动态力学分析法研究两相聚合物的相容性

动态力学分析法研究两相聚合物的相容性 当样品受到变化着的外力作用时，产生相应的应变。在这种外力作用下，对样品的应力 -应变关系随温度等条件的变化进行分析，即为动态力学分析。动态力学分析是研究聚合物结构和性能的重要手段，它能得到聚合物的储能模量( E)，损耗模量(E )和力学损耗 (tan )，这些物理量是决定聚合物使用特性的重要参数。同时动态力学分析对聚合物分子运动状态的反映十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度、频率以及其它条件的变化的特性可得聚合物结构和性能的许多信息，如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反 应动力学等等。 本实验采用DMTA-IV型动态粘弹谱仪分析制备条件对两相聚合物相容性的影响。 1 ?实验目的要求 1.1掌握使用DMTA-IV型动态粘弹谱仪测定聚合物的复合模量、储能模量、损耗模量和阻尼模量的 原理及方法； 1.2通过数据分析，了解共聚、共混聚合物的结构特性。 2.基本原理 如果在试样上加一个正弦伸长应力，频率为，振幅为°，则应变也可以以正弦 方式改变，应力与应变之间有一相位差，可分别表示为： ° sin t °sin( t ) 式中0和o分别为应力和应变的幅值，将应力表达式展开： ° cos sin( t ) 0 sin cos t 应力波可分解为两部分，一部分与应力同相位，峰值为0COS ，与储存的弹性能有 关，另一部分与应变有90°的相位差，峰值为o Sin ，与能量的损耗有关。定义储能模 量(E ),损耗模量(E )和力学损耗(tan )： E ( 0/ 0)cos E ( 0/ 0)sin sin E tan cos E 复数模量可表示为： * E E iE 其绝对值为：

力学中的动态问题分析解题方法

动态平衡问题的分析和解题技巧 一． 知识清单： (1）共点力的平衡 1.共点力：物体受到的各力的作用线或作用线的延长线能相交于一点的力. 2.平衡状态：在共点力的作用下，物体处于静止或匀速直线运动的状态. 3.共点力作用下物体的平衡条件：合力为零，即＝合F 0. 4.力的平衡：作用在物体上几个力的合力为零，这种情形叫做力的平衡. (1)若处于平衡状态的物体仅受两个力作用，这两个力一定大小相等、方向相反、作用在一条直线上，即二力平衡. (2)若处于平衡状态的物体受三个力作用，则这三个力中的任意两个力的合力一定与另一个力大小相等、方向相反、作用在一条直线上. (3)若处于平衡状态的物体受到三个或三个以上的力的作用，则宜用正交分解法处理，此时的平衡方程可写成：???=∑=∑00y x F F （2）物体的动态平衡问题 物体在几个力的共同作用下处于平衡状态，如果其中的某个力（或某几个力）的大小或方向，发生变化时，物体受到的其它力也会随之发生变化，如果在变化的过程中物体仍能保持平衡状态，我们就可以依据平衡条件，分析出物体受到的各力的变化情况。 二． 解题方法指导 （1）矢量三角形法 ①如果物体在三个力作用下处于平衡状态，其中只有一个力的大小和方向发生变化，而另外两个力中，一个大小、方向均不变化；一个只有大小变化，方向不发生变化的情况。 ②如果物体在三个力作用下处于平衡状态，其中一个力的大小和方向发生变化时，物体受到的另外两个力中只有一个大小和方向保持不变，另一个力的大小和方向也会发生变化的情况下，考虑三角形的相似关系。 (2) 图解法： 对研究对象进行受力分析，再根据三角形定则画出不同状态下的力的矢量图（画在同一个图中），然后根据有向线段（表示力）的长度变化判断各力的变化情况。 图解法分析动态平衡问题，往往涉及三个力，其中一个力为恒力，另一个力方向不变，但大小发生变化，第三个力则随外界条件的变化而变化，包括大小和方向都变化。 解答此类“动态型”问题时，一定要认清哪些因素保持不变，哪些因素是改变的，这是解答动态问题的关键 （3）相似三角形：正确作出力的三角形后，如能判定力的三角形与图形中已知长度的三角形（几何三角形）相似，则可用相似三角形对应边成比例求出三角形中力的比例关系，从而达到求未知量的目的。 往往涉及三个力，其中一个力为恒力，另两个力的大小和方向均发生变化，则此时用相似三角形分析。相似三角形法是解平衡问题时常遇到的一种方法，解题的关键是正确的受力分析，寻找力三角形和结构三角形相似。 特征条件：①几何框架三角形中有两条边不变，②另一个物体动态轨迹是圆弧。

高分子材料的力学性能及表征方法

高分子材料的力学性能及表征方法 聚合物的力学性能是高分子聚合物在作为高分子材料使用时所要考虑的最主要性能。它牵涉到高分子新材料的材料设计，产品设计以及高分子新材料的使用条件。因此了解聚合物的力学性能数据，是我们掌握高分子材料的必要前提。聚合物力学性能数据主要是模量（E），强度（σ），极限形变（ε）及疲劳性能（包括疲劳极限和疲劳寿命）。由于高分子材料在应用中的受力方式不同，聚合物的力学性能表征又按不同受力方式定出了拉伸（张力）、压缩、弯曲、剪切、冲击、硬度、摩擦损耗等不同受力方式下的表征方法及相应的各种模量、强度、形变等可以代表聚合物受力不同的各种数据。由于高分子材料类型的不同，实际应用及受力情况有很大的差变，因此对不同类型的高分子材料，又有各自的特殊表征方法、例纤维、橡胶的力学性能表征。 表征方法及原理 （1）拉伸性能的表征 用万能材料试验机，换上拉伸实验的样品夹具，在恒定的温度、湿度和拉伸速度下，对按一定标准制备的聚合物试样进行拉伸，直至试样被拉断。仪器可自动记录被测样品在不同拉伸时间样品的形变值和对应此形变值样品所受到的拉力（张力）值，同时自动画出应力－应变曲线。根据应力-应变曲线，我们可找出样品的屈服点及相应的屈服应力值，断裂点及相应的断裂应力值，样品的断裂伸长值。将屈服应力，断裂应力分别除以样品断裂处在初制样时样品截面积，即可分别求出该聚合物的屈服强度σ屈和拉伸强度（抗张强度）σ拉值。样品断裂伸长值除以样品原长度，即是聚合物的断裂伸长率ε。应力－应变曲线中，对应小形变的曲线中（即曲线中直线部分）的斜率，即是聚合物的拉伸模量（也称抗张模量）E值。聚合物试样拉伸断裂时，试样断面单维尺寸（厚或宽的尺寸）的变化值除以试样的断裂伸长率ε值，即为聚合物样品的“泊松比”（μ）的数值。 （2）压缩性能、弯曲性能、剪切性的表征。 用万能材料试验机，分别用压缩试验，弯曲试验，剪切试验的样品夹具，在恒定的温度、湿度及应变速度下进行不同方式的力学试验。并根据不同的计算公式，求出聚合物的压缩模量、压缩强度、弯曲模量、弯曲强度、剪切模量、剪切强度等数据。 （3）冲击性能的表征。 采用摆锤式冲击试验机，按一定标准制备样品，在恒定温度、湿度下，用摆锤迅速冲击被测试样，根据摆锤的质量和刚好使试样产生裂痕或破坏时的临界下落高度及被测样品的截面积，按一定公式计算聚合物试样的冲击强度（或冲击韧性单位为J/cm2）。 （4）聚合物单分子链的力学性能。 用原子力显微镜（AFM）。将聚合物样品配成稀溶液，铺展在干净玻璃片上，除去溶剂后得到一吸附在玻璃片上的聚合物薄膜（厚度约90mm）。用原子力显微镜针尖接触、扫描样品膜，由于针间与样品中高分子的相互作用，高分子链将被拉起，记录单个高分子链被拉伸时拉力的变化，直至拉力突然降至为零。可得到若干高分子链被拉伸时的拉伸力和拉伸长度曲线，由此曲线可估算单个高分子链的长度和单个高分子从凝聚态中被拉出时的“抗张强度”。所用仪器 万能材料试验机 摆锤式冲击试验机

DMA实验报告

动态热机械分析测试实验报告 一、实验目的 1．了解动态力学分析仪（DMA）的测量原理及仪器结构； 2．了解影响动态力学分析仪（DMA）实验结果的因素，正确选择实验条件；3．通过聚合物PP 动态模量和力学损耗与温度关系曲线的测定，了解线性非结晶聚合物不同的力学状态； 4．学会使用DMA来测试聚合物的Tg，并会分析材料的热力学性质。 二、实验原理 在外力作用下，对样品的应变和应力关系随温度等条件的变化进行分析，即为动态力学分析。动态力学分析能得到聚合物的动态模量(E′)、损耗模量(E″)和力学损耗(tanδ)。这些物理量是决定聚合物使用特性的重要参数。同时，动态力学分析对聚合物分子运动状态的反应也十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度、频率以及其他条件的变化的特性可得到聚合物结构和性能的许多信息，如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等。 高聚物是黏弹性材料之一，具有黏性和弹性固体的特性。它一方面像弹性材料具有贮存械能的特性，这种特性不消耗能量；另一方面，它又具有像非流体静应力状态下的黏液，会损耗能量而不能贮存能量。当高分子材料形变时，一部分能量变成位能，一部分能量变成热而损耗。能量的损耗可由力学阻尼或内摩擦生成的热得到证明。材料的内耗是很重要的，它不仅是性能的标志，而且也是确定它在工业上的应用和使用环境的条件。 如果一个外应力作用于一个弹性体，产生的应变正比于应力，根据虎克定律，比例常数就是该固体的弹性模量。形变时产生的能量由物体贮存起来，除去外力物体恢复原状，贮存的能量又释放出来。如果所用应力是一个周期性变化的力，产生的应变与应力同位相，过程也没有能量损耗。假如外应力作用于完全黏性的液体，液体产生永久形变，在这个过程中消耗的能量正比于液体的黏度，应变落后于应力900，所示。聚合物对外力的响应是弹性和黏性两者兼有，这种黏弹性是由于外应力与分子链间相互作用，而分子链又倾向于排列成最低能量的构象。在周期性应力作用的情况下，这些分子重排跟不上应力变化，造成了应变落

动态力学分析仪研究OMMT、MMT对SEBS_PP弹性体材料形变性能的影响

第21卷　第2期2008年6月 聊城大学学报(自然科学版) Journal of L iaocheng U niversity(N at.Sci.) V o l.21N o.2 Jun.2008 动态力学分析仪研究OMM T、MM T对SEB S PP 弹性体材料形变性能的影响① 寇雪莹1)　姚中福2)　段树民1)　李淑娟1)　吴国增1) (1)聊城大学东昌学院,山东聊城252000;2)聊城市高新技术创业服务中心,山东聊城252000)) 摘　要　本文发展了一种用动态力学分析仪(DM A)研究弹性体材料的拉伸形变行为的新方法,并采用该方法研究了有机化蒙脱土(OMM T)、蒙脱土原土(MM T)对SEB S PP弹性体材料抗塑性形变性能的影响.研究结果表明,OMM T和MM T的加入均能改善SEB S PP弹性体复合材料的回弹性,且OMM T的作用更为明显.弹性体材料的拉伸形变回复率随着改性剂OMM T和MM T加入量的增加先增大后减小,当改性剂含量为5p h r时,材料形变回复率达到最大. 关键词　动态力学分析仪,苯乙烯2乙烯 丁烯2苯乙烯三嵌段聚合物,聚丙烯,蒙脱土,有机化蒙脱土,形变性能 中图分类号　TU601 文献标识码　A 文章编号　167226634(2008)022******* 苯乙烯(S)2乙烯(E) 丁烯(B)2苯乙烯(S)构成的三嵌段共聚物(SEB S)是一类典型的热塑性弹性体,在常温下聚苯乙烯嵌段硬而强,通过范德华引力作用形成相区,分散于弹性基体相中,并将弹性体嵌段锁接成物理交联的网络.这种以弹性链段为连续相,聚苯乙烯嵌段为分散相的网络结构赋予了SEB S与传统硫化橡胶相似的弹性体性能[1],且其在高温下又能塑化成型.但是与硫化橡胶相比,SEB S的塑性形变较大,这是因为SEB S结构中存在的是物理交联作用,而硫化橡胶的分子链间是由化学键相连而成的化学交联作用,化学交联比物理交联作用更能有效地防止“冷流”现象发生[2].以聚丙烯(PP)改性SEB S可以显著提高SEB S的机械性能和加工性能[3,4],但是并不能改善SEB S弹性体在外力作用下塑性形变较大的缺点.蒙脱土(MM T)是我国丰产的一类天然粘土矿物,其结构片层是纳米尺度,厚约1nm,长宽约100nm,常用作纳米无机增强相[5].由于蒙脱土铝氧八面体上部分三价铝被二价镁同晶置换,使层内表面具有负电荷,过剩的负电荷通过层间吸附的阳离子来补偿,如:N a+、K+、Ca2+等,它们很容易与无机或有机阳离子进行交换,离子交换后得到的有机化蒙脱土(OMM T),其片层间距被进一步扩大,OMM T能进一步在与单体或聚合物熔体混合的过程中,剥离为纳米尺度的结构片层,均匀分散在聚合物基体中,具有更强的纳米效应[6].本文选用OMM T、MM T作为SEB S PP弹性体材料的抗塑性形变改性剂,制备了一系列SEB S PP、SEB S PP OMM T以及SEB S PP MM T弹性体材料,采用DM A的拉伸模式研究了OMM T、MM T对SEB S PP弹性体材料的形变行为的影响. 1　实验部分 1.1　原材料 SEB S:牌号3151,台湾台塑橡股份有限公司(T SRC),PS EB质量比32 68,分子量241500g m o l,密度0.91g c m3;PP:牌号S700,扬子石化有限公司,密度为0.90～0.91g c m3;抗氧剂1010:美国大湖公司, ①上海市教委重点资助项目(040A02);上海市重点学科建设资助项目(P1502) 收稿日期:2008201218

高聚物结构与性能的关系

高聚物结构与性能的关系；1.高聚物的结构；按研究单元的不同分类，高聚物结构可分为两大类：一；1.1高聚物链结构；高聚物的链结构包括近程结构和远程结构；高聚物链结构是决定高聚物基本性质的主要因素，各种；1.2高聚物的聚集态结构；高聚物的分子聚集态结构包括晶态、非晶态、液晶态、；因此对高聚物材料来说，链结构只是间接影响其性能，；2.高聚物结构与力学性能的关系； 2高聚物结构与性能的关系 1. 高聚物的结构 按研究单元的不同分类，高聚物结构可分为两大类：一类为高聚物的链结构，即分子内的结构，是研究一个分子链中原子或基团之间的几何排列；另一类为高聚物的分子聚集态结构，即分子间的结构，是研究单位体积内许多分子链之间的几何排列。对高聚物材料来说，链结构只是间接影响其性能，而分子聚集态结构才是直接影响其性能的因素。 1.1 高聚物链结构 高聚物的链结构包括近程结构和远程结构。近程结构是指结构单元的化学组成、立体异构、连接顺序、以及支化、交联等；远程结构是指高分子链的构象、分子量等。高聚物链结构是决定高聚物基本性质的主要因素，各种高聚物由于链结构不同其性质则完全不同。例如，聚乙烯柔软容易结晶，聚苯乙烯硬而脆不能结晶；全同立构聚丙烯在常温下是固休，可以结晶，而无规立构聚丙烯在常温下则为粘稠的液体等。 1.2 高聚物的聚集态结构

高聚物的分子聚集态结构包括晶态、非晶态、液晶态、取向态等；高聚物的分子聚集态结构是在加工成型过程中形成的，是决定高聚物制品使用性能的主要因素。即使具有相同链结构的同一种高聚物，由于加工成型条件的不同，其成型品的使用性能就有很大差别。例如，结晶取向程度不同直接影响纤维和薄膜的力学性能；结晶大小和形态不同可影响塑料制品的耐冲击强度，开裂性能和透明性。 因此对高聚物材料来说，链结构只是间接影响其性能，而分子聚集态结构才是直接影响其性能的因素。研究高聚物分子聚集态结构的意义就在于了解高聚物分子聚集态结构的特征，形成条件及其与材料性能之间的关系，以便人为地控制加工成型条件得到具有预定结构和性能的材料，同时为高聚物材料的物理改性和材料设计建立科学基础。 2.高聚物结构与力学性能的关系 2.1链结构与力学性能的关系 不同的高聚物，有不同的分子结构，当然会显示出不同的材料性能出来。聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚丙烯腈、环氧树脂和聚二甲基硅氧烷(硅橡胶)等等都是不同分子结构的高聚物，它们或是晶态高聚物，或是非晶态高聚物，或是橡胶，或是不溶不熔的热固性树脂，这些都是一般人都知道的常识。交联能使本来可溶可熔的热塑性塑料成为既不能溶解也不会熔融的热固性树脂，物理力学性能有了大幅提高；普通的支化会使高聚物的性能变坏；单官能团的封端能大大改善聚碳酸酯的热稳定性，以及具有离子键的高聚物玻璃化温度会提高很多等等，这样的例子俯首可拾。在我们的高分子物理教材中都详细的介绍高聚物结构单元的化学组成、端基、结构单元的键接方式、结构单元的空间立构、结构单元的键接序列以及支化和交联导致的不

动态力学分析法研究两相聚合物的相容性

实验十四 动态力学分析法 研究两相聚合物的相容性 当样品受到变化着的外力作用时，产生相应的应变。在这种外力作用下，对样品的应力-应变关系随温度等条件的变化进行分析，即为动态力学分析。动态力学分析是研究聚合物结构和性能的重要手段，它能得到聚合物的储能模量（E '），损耗模量（E ''）和力学损耗（tan δ），这些物理量是决定聚合物使用特性的重要参数。同时动态力学分析对聚合物分子运动状态的反映十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度、频率以及其它条件的变化的特性可得聚合物结构和性能的许多信息，如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等等。 本实验采用DMTA-IV 型动态粘弹谱仪分析制备条件对两相聚合物相容性的影响。 一、目的要求： 1．掌握使用DMTA-IV 型动态粘弹谱仪测定聚合物的复合模量、储能模量、损耗模量和阻尼模量的原理及方法。 2．通过数据分析，了解共聚、共混聚合物的结构特性。 二、基本原理： 如果在试样上加一个正弦伸长应力σ，频率为ω，振幅为0σ，则应变ε也可以以正弦方式改变，应力与应变之间有一相位差δ，可分别表示为： 0sin t εεω= 0sin()t σσωδ=+ 式中0σ和0ε分别为应力和应变的幅值，将应力表达式展开： 00cos sin()sin cos t t σσδωδσδω=++ 应力波可分解为两部分，一部分与应力同相位，峰值为0cos σδ，与储存的弹性能有关，另一部分与应变有90°的相位差，峰值为0sin σδ，与能量的损耗有关。定义储能模量（E '），损耗模量（E ''）和力学损耗（tan δ）： 00(/)cos E σεδ'= 00(/)sin E σεδ''=