动态热机械分析仪DMA原理及方法ppt课件
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2、高聚物的动态力学性能 高分子热运动的多重性 与小分子相比，高分子链结构最大特点是长而柔 柔性高分子在热运动上最大的特点是分子的一部分 可以相对于另一部分作独立运动 高分子链中能够独立运动的最小单元称为链段。链 段长度约为几个至几十个结构单元，取决于高分子 链柔性的大小。
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高分子链越柔顺，则链段越短。这样，在柔性高分 子的热运动中，不仅能以整个分子链为单元发生重 心迁移(称为布朗运动)，还可以在分子链重心基本 不变的前提下实现链段之间的相对运动，或者比链 段更小的单元作一定程度的受限热运动(后两者的运 动称为微布朗运动) 这就是高分子热运动的多重性。
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四、材料粘弹性的概念
1、理想弹性体的弹性服从虎克定律
即应力正比于应变，比例系数为弹性模量，而且应力 应变的响应是瞬间的； 2、理想粘性体的粘性服从牛顿定律
即应力正比于应变速率，比例系数为粘度 应变与时间的关系，可以表示为：
即在恒定应力作用下，应变随时间线性地增长
14
理想弹性体的力学行为可以用弹簧模拟，如下图a 理想粘性体的力学行为可以用粘壶模拟，如下图b 3、粘弹性材料 粘弹性材料的力学行为既不服从虎克定律，也不服从牛顿定 律，而是介于两者之间 应力同时依赖于应变与应变速率 如果粘弹件是理想弹性与理想粘性的线性叠加，则称为线性 粘弹性 其行为可以用弹簧与粘壶的并联或串联的各种组合来模拟。 Maxwell和Kelvin是最简单的两种组合形式，如下图c和图d
28
同一重运动单元而言，温度越高或所受的应力越 大，则其运动的松弛时间就越短。 任何一重运动单元的运动是否自由，取决于其运 动的松弛时间与观察时间之比。 设在一定的温度下，某一重运动单元运动的松弛 时间为τ，实验观察时间为t，
2、高聚物的动态力学性能 高分子热运动的多重性 与小分子相比，高分子链结构最大特点是长而柔 柔性高分子在热运动上最大的特点是分子的一部分 可以相对于另一部分作独立运动 高分子链中能够独立运动的最小单元称为链段。链 段长度约为几个至几十个结构单元，取决于高分子 链柔性的大小。
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高分子链越柔顺，则链段越短。这样，在柔性高分 子的热运动中，不仅能以整个分子链为单元发生重 心迁移(称为布朗运动)，还可以在分子链重心基本 不变的前提下实现链段之间的相对运动，或者比链 段更小的单元作一定程度的受限热运动(后两者的运 动称为微布朗运动) 这就是高分子热运动的多重性。
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四、材料粘弹性的概念
1、理想弹性体的弹性服从虎克定律
即应力正比于应变，比例系数为弹性模量，而且应力 应变的响应是瞬间的； 2、理想粘性体的粘性服从牛顿定律
即应力正比于应变速率，比例系数为粘度 应变与时间的关系，可以表示为：
即在恒定应力作用下，应变随时间线性地增长
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理想弹性体的力学行为可以用弹簧模拟，如下图a 理想粘性体的力学行为可以用粘壶模拟，如下图b 3、粘弹性材料 粘弹性材料的力学行为既不服从虎克定律，也不服从牛顿定 律，而是介于两者之间 应力同时依赖于应变与应变速率 如果粘弹件是理想弹性与理想粘性的线性叠加，则称为线性 粘弹性 其行为可以用弹簧与粘壶的并联或串联的各种组合来模拟。 Maxwell和Kelvin是最简单的两种组合形式，如下图c和图d
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同一重运动单元而言，温度越高或所受的应力越 大，则其运动的松弛时间就越短。 任何一重运动单元的运动是否自由，取决于其运 动的松弛时间与观察时间之比。 设在一定的温度下，某一重运动单元运动的松弛 时间为τ，实验观察时间为t，
DMATMADSC测试原理 ppt课件
E” Tanδ=─────
E’
Stress
Strain δ
Amplitude
其中高的材料代表黏性行為較為明顯，低的材料代表
20彈20/性11/2行4 為較為明顯
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DMA
在DMA中最先得到的數據是Tanδ, Storage Modulus E’及Loss Modulus E”， 再由此三種數據去求得其他數據，如 Complex Modulus, Shear Modulus等。由 所得數據判斷可知，材料隨溫度變化的強 度、黏性、彈性、Tg點、制震效果、材料 混煉效果、各種相轉變點等。DMA發揮得 當，甚至可取代大部分的物性分析儀器。
2020/11/24
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DSC 熱示差掃瞄卡量計原理
(Differential Scanning
Calorimeter)
▪ 熱示差掃瞄卡量計是用於量測樣品材料在特定溫 度條件下的能量變化情形的儀器。
▪ 主要原理 ：
將樣品置於一個可透過程控式升溫、降溫 或恆溫的加熱爐中，通入氮氣、氧氣等環境氣體， 當樣品發生蒸發、融熔、結晶等相變化時，會伴 隨能量的吸放熱變化，通過能量隨溫度或時間的 變化情形，即可判定材料的反應熱、熔點、玻璃 化溫度、結晶溫度、比熱、熱穩定性、氧化安定 性、交聯反應熱、及動力學分析等。
2020/11/24
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TMA
一般說來，TMA的設計可分為橫立式及直
立式二大類，如Figure 2、Figure 3所示：
Figure 2
Figure 3
施力
施力
樣品
2020/11/24
樣品
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▪ 施力的頻率不同，材料特性亦有所不同， 施力頻率高則材料會變得更為堅硬，施力 頻率低則材料會較為柔軟
DMA资料PPT精选文档
Cowie, J.M.G., Polymers: Chemistry & Physics of Modern Materials, 2nd Edition, Blackie academic & Professional, and imprint of Chapman & HallBishopbriggs, Glasgow, 1991p. 275 ISBN 0 7514 0134 X
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各向同性弹性材料模量与泊松比的关系
➢ 各向同性材料：在材料任何一点的任何方 向上性能相同。没有取向的无定型高分子 材料和退火的玻璃为各向同性材料。
➢ 如果一个均匀的各向同性材料的任何两个 弹性常数确定，我们可以计算出其它两个 常数。
E = 2G(1 + n) = 3B(1 + 2n)
1. Nielsen, Lawrence E., Mechanical Properties of Polymers and Composites, Marcel Dekker, Inc., New York, 1974, p. 1. 2. Hayden, H. W., Moffatt, W.G., and Wulff, J., The structure and Properties of Materials, Volume III, Mechanical Behavior, John Wiley & Sons, Inc, New York, 1965, p.26.
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模量与泊松比的比较
Material Steel Copper Glass Granite（花岗岩） Polystyrene Polyethylene Natural Rubber
E(GPa) n
第3章-动态热机械分析技术DMA
= 0 sin(wt + ) = 0 sinwt
图36 粘弹性体系的应力-应变响应
39
3.4.3 贮能模量（E’）和损耗模量（E’’）
对于聚合物粘弹体系，应力与应变存在相位差：
0 sint (2) 0 sin(t ) (3)
将（3）式展开，得到：
0 sint (2) 0 sin(t) cos 0 cos(t)sin (4)
L
T L0
要求在测试温度范围无相转变发生。
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3.3.2 热膨胀法
（2）体热膨胀法
V
V0 T
-体膨胀系数（1/K)；
V0 –样品初始体积； V -样品体积增加量； T -测试温度差；
体热膨胀系数： 当试样温度升高1度时， 其体积膨胀（或收缩）的 相对量。
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3.3.2 热膨胀法
E （1）
其中 为应力， 为应变，
E 为弹性模量。
32
3.4.1 聚合物的粘弹行为
（2）粘性体系 外力作用下所产生的变形完全不能恢复，外力对体 系所做的功完全转化为热能消耗掉。
图30 粘性体系变形示意图
33
3.4.1 聚合物的粘弹行为
（3）粘弹性体系 同时兼具粘性和弹性体系特点，外力作用所产生的变形 部分可恢复；外力所做的功部分以势能储存，另一部分 以热能被损耗。
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3.3.3 静态热机械分析
基本定义： 在程序控温下，测量物质在非振动载荷下的形变与 温度关系的技术。所采用的载荷有拉伸、压缩、弯 曲、扭转和针入等方式。
拉伸
http://www.m aterial.zjut.e /class_ clcsjs/EveDj Play.asp?dj_ id=835
dma动态热机械原理
dma动态热机械原理
DMA（Dynamic Mechanical Analysis）是一种用于研究材料性能的实验技术，它结合了动态力学和热分析的原理。
DMA可以用来测量材料在受力和受热条件下的动态力学性能，例如弹性模量、损耗模量、刚度、黏弹性等参数。
DMA的原理基于材料在受力和受热时的动态响应。
在实验中，样品通常被置于一个交变应力下，并且同时受到温度的变化。
通过施加正弦形变或应力，可以观察材料的应变响应，从而得到材料的动态力学性能参数。
同时，通过控制温度，可以研究材料在不同温度下的性能变化。
DMA的原理还涉及到材料的线性和非线性响应、材料的固体和液体性质、材料的玻璃化转变等方面。
通过对材料的动态力学性能进行分析，可以更深入地了解材料的力学特性和热学特性，为材料设计和工程应用提供重要参考。
总的来说，DMA动态热机械分析的原理是基于材料在受力和受热条件下的动态响应，结合了动态力学和热分析的原理，通过实验测量材料的动态力学性能参数，从而深入研究材料的性能特性。
动态热机械分析仪DMA原理及方法
动态热机械分析仪 DMA原理及方法
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
目录 /目录
01
点击此处添加 目录标题
02
DMA基本原理
03
DMA实验方法
04
DMA在材料研 究中的应用实 例
05
DMA技术的发 展趋势和未来 展望
01 添加章节标题
02 DMA基本原理
精度和误差：高精度和低误差，确 保测试结果的准确性和可靠性
03 DMA实验方法
DMA实验步骤
准备样品：选 择合适的样品， 并进行必要的 处理和固定。
安装样品：将 样品安装到
DMA仪器的夹 具中，确保夹 具稳定且不会 对样品产生过
大的应力。
设定实验参数： 根据实验需求， 设置测试温度、 测试频率、振
动态热机械分析仪定义
DMA是一种用 于测量材料在 动态载荷下的 热机械行为的
测试仪器
它通过施加正 弦振动负荷并 测量其响应来 评估材料的力
学性能
DMA常用于评 估材料的粘弹 性、弹性模量、
阻尼等性质
在高分子材料、 复合材料、橡 胶、塑料等领 域有广泛应用
DMA工作原理简述
DMA通过测量样品在振动过程中施加力的变化来表征材料的力学性质。 DMA使用一个固定端和一个可动端之间的相对振动来测试样品的动态特性。 当振动施加力时，样品的形变会发生变化，导致施加的力与时间的关系曲线发生变化。 通过分析力与时间的关系曲线，可以获得样品的力学性质，例如弹性模量、阻尼等。
更高温度和压力下的DMA测量技术 新型DMA测量原理和方法的探索 DMA与其他测量技术的结合 DMA技术在材料科学、能源、环境等领域的应用拓展
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02
DMA基本原理
03
DMA实验方法
04
DMA在材料研 究中的应用实 例
05
DMA技术的发 展趋势和未来 展望
01 添加章节标题
02 DMA基本原理
精度和误差：高精度和低误差，确 保测试结果的准确性和可靠性
03 DMA实验方法
DMA实验步骤
准备样品：选 择合适的样品， 并进行必要的 处理和固定。
安装样品：将 样品安装到
DMA仪器的夹 具中，确保夹 具稳定且不会 对样品产生过
大的应力。
设定实验参数： 根据实验需求， 设置测试温度、 测试频率、振
动态热机械分析仪定义
DMA是一种用 于测量材料在 动态载荷下的 热机械行为的
测试仪器
它通过施加正 弦振动负荷并 测量其响应来 评估材料的力
学性能
DMA常用于评 估材料的粘弹 性、弹性模量、
阻尼等性质
在高分子材料、 复合材料、橡 胶、塑料等领 域有广泛应用
DMA工作原理简述
DMA通过测量样品在振动过程中施加力的变化来表征材料的力学性质。 DMA使用一个固定端和一个可动端之间的相对振动来测试样品的动态特性。 当振动施加力时，样品的形变会发生变化，导致施加的力与时间的关系曲线发生变化。 通过分析力与时间的关系曲线，可以获得样品的力学性质，例如弹性模量、阻尼等。
更高温度和压力下的DMA测量技术 新型DMA测量原理和方法的探索 DMA与其他测量技术的结合 DMA技术在材料科学、能源、环境等领域的应用拓展
动态热机械分析仪DMA原理及方法
DMA研究生
实用文档
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三、高聚物性能与时间的关系 进一步研究高聚物的力学性能，发现它们的性能与时间有关。 所谓与时间有关，是指同一种高聚物材料的力学性能，如刚 度、强度、韧性、阻尼等，都会随试验频率、升温速率、观 察时间等时间因素的变化而发生明显的变化。 有机玻璃在常温下快速拉伸时，是典型的脆性材料，而在慢 速拉伸时，能够屈服并在屈服后继续，产生很大的形变，这 种形变表面上似是塑性形变，实质上却是高弹形变。 橡胶材料，在低频应力作用下表现得柔软而富弹性，但在高 频作用下，会变得相当刚硬。 这类弹性随时间变化，统称为高聚物弹性中带有一定的粘性。
DMA研究生
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6
二、聚合物的玻璃态、高弹态及粘流态
1、玻璃态：
物质处于晶态时肯定是固体，处于非晶态时可能是固体，
也可能是液体。
许多非晶态塑料在室温下处于液态结构的固体；从分子
凝聚态来看，分子排列只有近程有序而无远程有序，应属
液态结构；而从力学状态看，具有一定的体积与形状，又
属固体。
玻璃态的普弹性：
DMA研究生
实用文档
8
2、高弹态： 高聚物在一定的条件下具有一种其他材料不可能呈现的 状态-橡胶态，也称高弹态。 高弹态，其凝聚态，属液态；其力学状态，属固体。其 最明显的特点是能产生高达百分之几十到百分之一千的弹 性形变，称为高弹形变。 高聚物呈现高弹性原因是高分子链长而柔，在未受外力 作用时，呈无规线团状，而在外力作用下，线团沿外力方 向伸展；外力除去后，分子又自动回复到无规线团状态， 如下图(a)
固体材料如金属、陶瓷(包括玻璃)等，在力学性能上有
一个共性，那就是具有弹性。
在外力作用下立即发生形变，外力除去后，形变立即回
动态热机械分析仪
动态热机械分析仪动态热机械分析仪（DMA）是一种用于测量材料热力学和机械性能的仪器。
它结合了热分析和力学分析的原理，可以对材料的热膨胀、玻璃态转变、塑性变形等性质进行研究分析。
本文将从仪器原理、应用领域以及未来发展进行详细介绍。
首先，动态热机械分析仪的原理是通过施加一定频率和振幅的力学载荷，在一定温度范围内对材料进行热力学和动态机械分析。
其主要包括四个组成部分：1.热环境：通过热流控制装置，可以控制样品与环境之间的温度差。
这样可以在一定温度范围内精确测量材料的热膨胀系数和玻璃态转变等热力学性质。
2.力学装置：通过加载系统对样品施加力学载荷。
可以控制载荷的频率、振幅和形状，以模拟材料在不同载荷条件下的力学响应。
3.测量装置：通过传感器和检测设备，可以测量材料的热力学和机械性能。
比如测量材料的热膨胀、表面形貌、动态模量等性质。
其测量原理可以通过电阻应变计、差示扫描量热计、动态机械分析等技术实现。
4.数据处理和分析软件：通过将测量得到的数据进行处理和分析，可以得到材料的力学响应和热力学性质的参数。
如杨氏模量、损耗因子、玻璃态转变温度等。
1.聚合物材料研究：由于聚合物在温度变化下会发生膨胀和收缩，动态热机械分析仪可以测量聚合物的热膨胀性能，从而了解其材料稳定性和使用寿命。
2.不锈钢和合金腐蚀分析：动态热机械分析仪可以通过测量材料的热膨胀性能和动态模量等参数，评估不锈钢和合金在高温和腐蚀环境下的稳定性。
3.复合材料研究：动态热机械分析仪可以用于评估各种复合材料的热膨胀性能和力学强度，优化材料配方和工艺，提高材料的性能和使用寿命。
4.高分子材料研究：动态热机械分析仪可以测量高分子材料的玻璃化温度和疲劳性能，为材料设计和应用提供依据。
最后，未来发展趋势方面，动态热机械分析仪将进一步发展：1.提高测量精度和分辨率，以应对新材料和新应用的需求。
2.开发多功能和多学科结合的测试仪器，将热分析、力学分析和光学分析等多个技术相结合，提供更全面的材料性能评估和分析。
热分析DMA课堂PPT
负荷方式：拉伸、压缩、弯曲、扭转和针入等 2.测试原理 与线膨胀测量相似，差别在于TMA必须施加或多或少的
静态外力； TMA的响应是膨胀行为和粘弹效应的加和
4
线性位移传感器 热电偶
TMA基本装置
负荷 位置信号
探头 样品
电炉
5
压缩
压入
半球压入
工
作
模
式
膨胀
弯曲
拉伸
6
样品 整块样品 分散样品
模式
10
聚苯乙烯的线膨胀曲线
11
膨胀量
测定刹车片的Tg
TMA measurement of Tg of brake linings Expansion mode
Tg=85C failed
高交联度
Tg=93C passed
25
Temperature (C)
150
12
测定环氧印刷线路板的Tg
高填充
膨胀量
Machine direction
拉伸量
Transverse direction
25
Temperature (C)
150 18
MD TD MD
TD
19
压缩模式观察PE熔点与发泡过程
Softening (Melting)
压缩量
Foaming
40
Temperature (C)
180
20
拉伸模式观察PET的冷结晶
压入模式测定导线双层涂层的Tg
压入量
Tg1 = 121C Tg2 = 176C
TMA measurement of
Tg’s of electrical coil wire
Decomposition
静态外力； TMA的响应是膨胀行为和粘弹效应的加和
4
线性位移传感器 热电偶
TMA基本装置
负荷 位置信号
探头 样品
电炉
5
压缩
压入
半球压入
工
作
模
式
膨胀
弯曲
拉伸
6
样品 整块样品 分散样品
模式
10
聚苯乙烯的线膨胀曲线
11
膨胀量
测定刹车片的Tg
TMA measurement of Tg of brake linings Expansion mode
Tg=85C failed
高交联度
Tg=93C passed
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Temperature (C)
150
12
测定环氧印刷线路板的Tg
高填充
膨胀量
Machine direction
拉伸量
Transverse direction
25
Temperature (C)
150 18
MD TD MD
TD
19
压缩模式观察PE熔点与发泡过程
Softening (Melting)
压缩量
Foaming
40
Temperature (C)
180
20
拉伸模式观察PET的冷结晶
压入模式测定导线双层涂层的Tg
压入量
Tg1 = 121C Tg2 = 176C
TMA measurement of
Tg’s of electrical coil wire
Decomposition
DMA
7.3 违规与处罚
（一）预约实验后如需取消，请提前一天告知相应管理员，如无告知或告 知较晚，测试中心有权根据情况收取原测试费30%~50%的机时占用费，并 对测试人员予以警告。 （二）在培人员未经管理员允许擅自更改仪器重要参数或更改硬件设置， 视为违规，测试中心视其严重性追究相应的责任。 （三）如签订责任书的人员在预约时间内擅自将仪器交予其它人员，一经 发现给予警告或取消其1个月的上机资格。如因此造成的损失，测试中心有 权追究其责任。
4.2 DMA测试影响因素
1
2
4.2.1 DMA曲线温度依赖性
4.3.2 DMA曲线频率依赖性
4.3.2 DMA曲线频率依赖性
未硫化SBR动态热机械曲线
5. 1 应用实例
A
B • • Tg的方法： Tanδ 的峰值 DMA测玻璃化转变温度是最灵敏的
相容性差
相容性好
共混聚合物相容性表征
5. 2 储存模量
压缩、针入、拉伸、 三点弯曲 恒定/斜变
应用
测量模式 加载力
高分子、陶瓷、金属
适用领域
高分子材料 （形变大）
7 测试中心仪器开放管理办法
1
仪器开放要求
2
仪器测试流程
3
违规及处罚
7.1 仪器开放要求
独立上机操作
签订安全责任书
遵守操作规程及相关规定
1. 严格按实验流程； 2. 仪器操作规程； 3. 关水关电关窗关门；
弯曲模量
塑料，复合材料
3 夹具的选择
拉伸 3-点弯曲 单双悬臂
L
L
L
薄膜 纤维
块体 刚性大
块体 刚性小
4 DMA操作流程
夹具样品安装
应力-应变曲线扫描
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DMA的理论基础是聚合物的粘弹性，因此我们首先讨 论聚合物的粘弹性： 一、高聚物力学性能的主要特点 物质按其中分子(或原子、离子)排列的有序性，可分为 晶态、液态和气态。 在晶态中，分子的排列具有三维远程有序； 在液态中，分子的排列只有近程有序而无远程有序； 在气态中，分子的排列既无远程有序也无近程有序。 此外，在晶态与液态之间还有一种过渡态-液晶态。
这些状态称为物质分子的各种凝聚态。
4
物质按其体积与形状的稳定性，分为固体、液体和 气体。 固体具有一定的体积和形状 液体具有一定的体积但无一定的形状 气体无一定的体积又无一定的形状
这些状态称为物质的各种力学状态。
5
聚合物也具有上述所有状态。但需指出的是： 除分子量不高的低聚物能处于气态之外，分子量足 够高的高聚物者，不存在气态； 并非所有的高分子都能结晶，一些分子链结构缺乏 规整性的高分子，缺乏结晶能力，因而只能以非晶 态存在； 分子链结构规整具有结晶能力的高分子，结晶一般 也不完善，通常总是以部分结晶的形式，即晶相与 非晶相共存的形式存在。
11
高聚物熔体具有不同于小分子液体的许多特点 在外力作用下，高聚物熔体除了会发生不可回复塑 性形变外，还不可避免地同时产生弹性形变。 高聚物熔体从圆柱状口模孔中挤出时，形成的料条 直径可能比孔径大，如橡胶入孔时变细，出孔时因形 变回复而又变粗一样。 受搅拌棒搅拌时，熔体沿棒壁上爬；快速挤出时， 型材发生畸变等现象也是熔体中含有弹性的表现 这类现象统称为高聚物的粘性中带有弹性。 高聚物在力学性能上的最大特点是高弹性与粘弹性。
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二、聚合物的玻璃态、高弹态及粘流态 1、玻璃态： 物质处于晶态时肯定是固体，处于非晶态时可能是固体， 也可能是液体。 许多非晶态塑料在室温下处于液态结构的固体；从分子 凝聚态来看，分子排列只有近程有序而无远程有序，应属 液态结构；而从力学状态看，具有一定的体积与形状，又 属固体。 玻璃态的普弹性： 固体材料如金属、陶瓷(包括玻璃)等，在力学性能上有一 个共性，那就是具有弹性。 在外力作用下立即发生形变，外力除去后，形变立即回 复，形变对外力的响应是瞬间的，如下图所示
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三、高聚物性能与时间的关系 进一步研究高聚物的力学性能，发现它们的性能与时间有关。 所谓与时间有关，是指同一种高聚物材料的力学性能，如刚 度、强度、韧性、阻尼等，都会随试验频率、升温速率、观 察时间等时间因素的变化而发生明显的变化。 有机玻璃在常温下快速拉伸时，是典型的脆性材料，而在慢 速拉伸时，能够屈服并在屈服后继续，产生很大的形变，这 得柔软而富弹性，但在高 频作用下，会变得相当刚硬。 这类弹性随时间变化，统称为高聚物弹性中带有一定的粘性。
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弹簧、粘壶、 Maxwell和Kelvin模型：
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如果将如图1-18(a)所示的应力分别施加到弹簧、粘壶和 Kelvin三种模型上，其应交响应如图l-18(b)，(c)和(d)所 示。
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这种弹性形变很小，例如，小于1% 形变较大时，金属材料可能发生不可回复的塑性变形， 陶瓷材料可能发生脆性断裂。 高聚物固体材料在小形变下也具有上述弹性。这种普遍 存在的弹性称为普弹性。
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2、高弹态： 高聚物在一定的条件下具有一种其他材料不可能呈现的 状态-橡胶态，也称高弹态。 高弹态，其凝聚态，属液态；其力学状态，属固体。其 最明显的特点是能产生高达百分之几十到百分之一千的弹 性形变，称为高弹形变。 高聚物呈现高弹性原因是高分子链长而柔，在未受外力 作用时，呈无规线团状，而在外力作用下，线团沿外力方 向伸展；外力除去后，分子又自动回复到无规线团状态， 如下图(a)
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3、粘流态 高聚物在流动温度或熔点以上转变为液体，也常称 之为熔体或粘流体。 液体的共性是能够流动。 流动，从分子运动的角度看，是分子在外力作用方 向上发生了相对迁移； 从形变的角度看，是发生了不可回复的塑性形变。 流动的难易程度用粘度来衡量，它表征分子间发生 相对迁移所需克服摩擦力的大小。
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四、材料粘弹性的概念
1、理想弹性体的弹性服从虎克定律
即应力正比于应变，比例系数为弹性模量，而且应力 应变的响应是瞬间的； 2、理想粘性体的粘性服从牛顿定律
即应力正比于应变速率，比例系数为粘度 应变与时间的关系，可以表示为：
即在恒定应力作用下，应变随时间线性地增长
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理想弹性体的力学行为可以用弹簧模拟，如下图a 理想粘性体的力学行为可以用粘壶模拟，如下图b 3、粘弹性材料 粘弹性材料的力学行为既不服从虎克定律，也不服从牛顿定 律，而是介于两者之间 应力同时依赖于应变与应变速率 如果粘弹件是理想弹性与理想粘性的线性叠加，则称为线性 粘弹性 其行为可以用弹簧与粘壶的并联或串联的各种组合来模拟。 Maxwell和Kelvin是最简单的两种组合形式，如下图c和图d
材料分析与检测 动态热机械分析仪(DMA)
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动态热机械分析仪(Dynamic Mechanical Analysis 简称DMA)主要是测定在一定条件下，材料的温度、 频率、应力和应变之间的关系，获得材料结构与 分子运动的信息。 实验室美国TA公司的DMA2980可以得到： 储能模量、储能柔量、损耗模量、损耗柔量、复 数模量、动态粘度、应力、应变、振幅、频率、 温度、时间和损耗因子等，可以研究应力松弛、 蠕变、玻璃化温度和次级松弛等
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橡胶弹性的热力学驱动力是体系自发趋向于熵最大的状态 对于碳-碳高分子链，从不受外力作用时的卷曲状态到外 力作用下完全伸直的状态，伸长比近似地正比于N1/2，N 是该高分子主链上包含的单键数。 对高分子而言，N是一个远远超过100的值，因此高弹形 变可高达百分之几百或更大。 这种高弹形变的机理与普弹形变的机理完全不同，普弹 形变主要是应力引起原子或离子间键长、键角的变化所致， 如下图(b)
DMA的理论基础是聚合物的粘弹性，因此我们首先讨 论聚合物的粘弹性： 一、高聚物力学性能的主要特点 物质按其中分子(或原子、离子)排列的有序性，可分为 晶态、液态和气态。 在晶态中，分子的排列具有三维远程有序； 在液态中，分子的排列只有近程有序而无远程有序； 在气态中，分子的排列既无远程有序也无近程有序。 此外，在晶态与液态之间还有一种过渡态-液晶态。
这些状态称为物质分子的各种凝聚态。
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物质按其体积与形状的稳定性，分为固体、液体和 气体。 固体具有一定的体积和形状 液体具有一定的体积但无一定的形状 气体无一定的体积又无一定的形状
这些状态称为物质的各种力学状态。
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聚合物也具有上述所有状态。但需指出的是： 除分子量不高的低聚物能处于气态之外，分子量足 够高的高聚物者，不存在气态； 并非所有的高分子都能结晶，一些分子链结构缺乏 规整性的高分子，缺乏结晶能力，因而只能以非晶 态存在； 分子链结构规整具有结晶能力的高分子，结晶一般 也不完善，通常总是以部分结晶的形式，即晶相与 非晶相共存的形式存在。
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高聚物熔体具有不同于小分子液体的许多特点 在外力作用下，高聚物熔体除了会发生不可回复塑 性形变外，还不可避免地同时产生弹性形变。 高聚物熔体从圆柱状口模孔中挤出时，形成的料条 直径可能比孔径大，如橡胶入孔时变细，出孔时因形 变回复而又变粗一样。 受搅拌棒搅拌时，熔体沿棒壁上爬；快速挤出时， 型材发生畸变等现象也是熔体中含有弹性的表现 这类现象统称为高聚物的粘性中带有弹性。 高聚物在力学性能上的最大特点是高弹性与粘弹性。
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二、聚合物的玻璃态、高弹态及粘流态 1、玻璃态： 物质处于晶态时肯定是固体，处于非晶态时可能是固体， 也可能是液体。 许多非晶态塑料在室温下处于液态结构的固体；从分子 凝聚态来看，分子排列只有近程有序而无远程有序，应属 液态结构；而从力学状态看，具有一定的体积与形状，又 属固体。 玻璃态的普弹性： 固体材料如金属、陶瓷(包括玻璃)等，在力学性能上有一 个共性，那就是具有弹性。 在外力作用下立即发生形变，外力除去后，形变立即回 复，形变对外力的响应是瞬间的，如下图所示
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三、高聚物性能与时间的关系 进一步研究高聚物的力学性能，发现它们的性能与时间有关。 所谓与时间有关，是指同一种高聚物材料的力学性能，如刚 度、强度、韧性、阻尼等，都会随试验频率、升温速率、观 察时间等时间因素的变化而发生明显的变化。 有机玻璃在常温下快速拉伸时，是典型的脆性材料，而在慢 速拉伸时，能够屈服并在屈服后继续，产生很大的形变，这 得柔软而富弹性，但在高 频作用下，会变得相当刚硬。 这类弹性随时间变化，统称为高聚物弹性中带有一定的粘性。
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弹簧、粘壶、 Maxwell和Kelvin模型：
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如果将如图1-18(a)所示的应力分别施加到弹簧、粘壶和 Kelvin三种模型上，其应交响应如图l-18(b)，(c)和(d)所 示。
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这种弹性形变很小，例如，小于1% 形变较大时，金属材料可能发生不可回复的塑性变形， 陶瓷材料可能发生脆性断裂。 高聚物固体材料在小形变下也具有上述弹性。这种普遍 存在的弹性称为普弹性。
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2、高弹态： 高聚物在一定的条件下具有一种其他材料不可能呈现的 状态-橡胶态，也称高弹态。 高弹态，其凝聚态，属液态；其力学状态，属固体。其 最明显的特点是能产生高达百分之几十到百分之一千的弹 性形变，称为高弹形变。 高聚物呈现高弹性原因是高分子链长而柔，在未受外力 作用时，呈无规线团状，而在外力作用下，线团沿外力方 向伸展；外力除去后，分子又自动回复到无规线团状态， 如下图(a)
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3、粘流态 高聚物在流动温度或熔点以上转变为液体，也常称 之为熔体或粘流体。 液体的共性是能够流动。 流动，从分子运动的角度看，是分子在外力作用方 向上发生了相对迁移； 从形变的角度看，是发生了不可回复的塑性形变。 流动的难易程度用粘度来衡量，它表征分子间发生 相对迁移所需克服摩擦力的大小。
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四、材料粘弹性的概念
1、理想弹性体的弹性服从虎克定律
即应力正比于应变，比例系数为弹性模量，而且应力 应变的响应是瞬间的； 2、理想粘性体的粘性服从牛顿定律
即应力正比于应变速率，比例系数为粘度 应变与时间的关系，可以表示为：
即在恒定应力作用下，应变随时间线性地增长
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理想弹性体的力学行为可以用弹簧模拟，如下图a 理想粘性体的力学行为可以用粘壶模拟，如下图b 3、粘弹性材料 粘弹性材料的力学行为既不服从虎克定律，也不服从牛顿定 律，而是介于两者之间 应力同时依赖于应变与应变速率 如果粘弹件是理想弹性与理想粘性的线性叠加，则称为线性 粘弹性 其行为可以用弹簧与粘壶的并联或串联的各种组合来模拟。 Maxwell和Kelvin是最简单的两种组合形式，如下图c和图d
材料分析与检测 动态热机械分析仪(DMA)
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动态热机械分析仪(Dynamic Mechanical Analysis 简称DMA)主要是测定在一定条件下，材料的温度、 频率、应力和应变之间的关系，获得材料结构与 分子运动的信息。 实验室美国TA公司的DMA2980可以得到： 储能模量、储能柔量、损耗模量、损耗柔量、复 数模量、动态粘度、应力、应变、振幅、频率、 温度、时间和损耗因子等，可以研究应力松弛、 蠕变、玻璃化温度和次级松弛等
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橡胶弹性的热力学驱动力是体系自发趋向于熵最大的状态 对于碳-碳高分子链，从不受外力作用时的卷曲状态到外 力作用下完全伸直的状态，伸长比近似地正比于N1/2，N 是该高分子主链上包含的单键数。 对高分子而言，N是一个远远超过100的值，因此高弹形 变可高达百分之几百或更大。 这种高弹形变的机理与普弹形变的机理完全不同，普弹 形变主要是应力引起原子或离子间键长、键角的变化所致， 如下图(b)