实验十三聚合物温度形变曲线的测定 聚合物由于复杂的结构形态导致了分子运动单元的多重性。即使结构已经确定 而所处状态不同其分子运动方式不同,将显示出不同的物理和力学性能。考察它的 分子运动时所表现的状态性质,才能建立起聚合物结构与性能之间的关系。聚合物 的温度形变曲线(即热-机械曲线 Thermomechanic Analysis,简称TMA)是研究聚 合物力学性质对温度依赖关系的重要方法之一。聚合物的许多结构因素如化学结 构、分子量、结晶性、交联、增塑、老化等都会在TMA曲线上有明显反映。在这 种曲线的转变区域可以求出非晶态聚合物的玻璃化温度Tg和粘流温度T,以及结晶 聚合物的熔融温度Tm,这些数据反映了材料的热机械特性,对确定使用温度范围和 加工条件有实际意义 目的要求: 1.掌握测定聚合物温度-形变曲线的方法,了解线型非晶聚合物的三种力学状态。 2.测定聚甲基丙烯酸甲酯的玻璃化温度τε和粘流温度Tr,以及聚乙烯的熔点Tm 基本原理: 线性无定形聚合物存在三种力学状态 ①玻璃态。在温度足够低时,由于高分子链和链段的运动均被“冻结”,外力的作 用只能引起高分子键长和键角的改 变,因此聚合物形变量很小,弹性模 量大,约为1010达因/厘米。是普弹形 交联高豪物 变,表现出硬而脆的物理机械性质。 ②高弹态。随着温度的升高,分子热 线型高聚物。粘流 高弹态 运动能量的逐渐增加,到达一定值后, 结晶高豪物 链段首先“解冻”,开始运动,聚合物 的弹性模量骤降约三个数量级,形变 救璃态 量大增,表现为柔软而富于弹性,除 温度 去外力发生可逆高弹形变。具有明显 图3-1聚合物温度形变曲线 的松弛时间 ③粘流态。温度进一步升高,直至整个高分子链能够移动,成为可以流动的粘液 受力后发生塑性形变,形变量很大,且不可逆 聚合物随着温度的升高,从玻璃态转变到高弹态,再转变到粘流态。等速升温 过程中在测量的聚合物样品上施加固定的静负荷,观察试样的形变与温度的函数关 系,就能得到如图13-所示的曲线。曲线1是线型无定形高聚物的热机械曲线,以实验十三 聚合物温度-形变曲线的测定 聚合物由于复杂的结构形态导致了分子运动单元的多重性。即使结构已经确定 而所处状态不同其分子运动方式不同，将显示出不同的物理和力学性能。考察它的 分子运动时所表现的状态性质，才能建立起聚合物结构与性能之间的关系。聚合物 的温度-形变曲线（即热-机械曲线 Thermomechanic Analysis，简称 TMA）是研究聚 合物力学性质对温度依赖关系的重要方法之一。聚合物的许多结构因素如化学结 构、分子量、结晶性、交联、增塑、老化等都会在 TMA 曲线上有明显反映。在这 种曲线的转变区域可以求出非晶态聚合物的玻璃化温度 Tg和粘流温度 Tf，以及结晶 聚合物的熔融温度 Tm，这些数据反映了材料的热机械特性，对确定使用温度范围和 加工条件有实际意义。 一、目的要求： 1．掌握测定聚合物温度-形变曲线的方法，了解线型非晶聚合物的三种力学状态。 2．测定聚甲基丙烯酸甲酯的玻璃化温度 Tg和粘流温度 Tf，以及聚乙烯的熔点 Tm。 二、基本原理： 线性无定形聚合物存在三种力学状态： ①玻璃态。在温度足够低时，由于高分子链和链段的运动均被“冻结”，外力的作 用只能引起高分子键长和键角的改 变，因此聚合物形变量很小，弹性模 量大，约为 1010 达因/厘米。是普弹形 变，表现出硬而脆的物理机械性质。 ②高弹态。随着温度的升高，分子热 运动能量的逐渐增加，到达一定值后， 链段首先“解冻”，开始运动，聚合物 的弹性模量骤降约三个数量级，形变 量大增，表现为柔软而富于弹性，除 去外力发生可逆高弹形变。具有明显 的松弛时间。 ③粘流态。温度进一步升高，直至整个高分子链能够移动，成为可以流动的粘液， 受力后发生塑性形变，形变量很大，且不可逆。 聚合物随着温度的升高，从玻璃态转变到高弹态，再转变到粘流态。等速升温 过程中在测量的聚合物样品上施加固定的静负荷，观察试样的形变与温度的函数关 系，就能得到如图 13-l 所示的曲线。曲线 1 是线型无定形高聚物的热机械曲线，以 图 3-1