Transcript 高分子物理实验：聚合物温度形变曲线的测定

高分子物理实验：
聚合物温度－形变曲线的测定
一、 实验目的
1．掌握测定聚合物温度－形变曲线的
方法。
2．测定聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）
的玻璃化温度Tg；粘流温度T，加深对
线型非晶聚合物的三种力学状态理论
的认识。
3．测定不同交联度的聚苯乙烯
（PS），加深对交联聚合物的力学状
态理论的认识。
二、实验原理
聚合物试样上施加恒定荷载，在一
定范围内改变温度，试样形变随温度
的变化以形变或相对形变对温度作图，
所得的曲线，通常称为温度—形变曲
线，又称为热机械曲线。
聚合物的许多结构因素的改变，都
会在其温度—形变曲线上有明显的反映，
因而测定温度－形变曲线，可以提供许
多关于试样内部结构的信息，了解聚合
物分子运动与力学性能的关系，并可分
析聚合物的结构形态.
可以得到聚合物的特性转变温度，如：
玻璃化温度Tg，粘流温度Tf，和熔点等，
对于评价被测试样的使用性能、确定适
用温度范围和选样加工条件很有实用意
义。
对于线型非晶聚合物有三种不同的力
学状态：玻璃态，高弹态，粘流态。
温度足够低时，高分子链和链段的运动
被“冻结”，外力的作用只能引起高分
子键长和键角的变化，聚合物表现出硬
而脆的物理机械性质－玻璃态；
随着温度上升，分子热运动能量逐渐增
加，到达玻璃化转变温度Tg后，分子运
动能量已经能够克服链段运动所需克服
的位垒，链段首先开始运动，表现为柔
软而富于弹性的高弹体，聚合物进入－
高弹态；
温度进一步升高至粘流温度Tf，整个高
分子链能够在外力作用下发生滑移，聚
合物进入粘流态，成为可以流动的粘液，
聚合物进入－粘流态。
交联聚合物由于交联后，链段的运动
能力下降，在受到外力作用后分子链
之间的相对滑移也不能发生，故此不
存在粘流转变和粘流态。
三、仪器和试样
1．GTS-Ⅲ热机分析仪
XWJ-500B热机分析仪。
2．聚甲基丙烯酸甲酯试样和不同交联
程度的聚苯乙烯试样。
四、 实验步骤
XWJ-500B热机分析仪
1 ． 从主机架上放下吊筒，将压缩试
验支架放入吊筒内，并依次放入试片、
压头。将压杆和测温探头对正插入试
验支架，摇动升降手柄将吊筒放入加
热炉中。
2 ．将位移传感器托片对准传感器压
头，使传感器压头随测量压杆移动，
在压杆上放上所需质量的砝码。
3． 打开计算机，用左键双击XWJ-500B图
标，进入系统“管理界面”。根据提示，在
“试验方法”窗口中选择试验种类为“压
缩”；在“试验尺寸”窗口中输入本次试验
的试片尺寸；在“载荷选配表”窗口中选择
本次试验的砝码质量。随后依次选择“升温
速率”、“升温的上限温度”、“试样最大
变形量”等参数。
4 ．位移传感器调零：用螺旋测微仪调整试
验支架上的位移传感器压头位置，使其位移
在零点附近。（在压缩试验中建议将位移传
感器的位移调至负值）。
5 ．完成上述设定工作后，单击“开始试验”
按钮，仪器即开始工作。此时计算机显示两
个界面：其一是温度—形变曲线的实时界面，
其二是时间—温度曲线实时界面。
6 ．试验完成后，蜂鸣器将报警。在“试验”
菜单下选择消音按钮解除报警。同时关闭仪
器，使用升降手柄将吊筒从加热炉中取出，
待吊筒冷却后，取出试片。
GTS-Ⅲ热机分析仪
1 ．打开仪器，预热。打开加热炉，把
试样放进去，用压杆压住。
2 ．调节位移调零旋钮，使位移显示为
零。
3 ．选择合适的升温速率，打开“加热”
开关， 进行加热。同时放下记录笔。
4 ．等温度升到合适值后，停止加热，
进行降温，趁热打开加热炉，取出试
样，打扫试样台。
五、 数据处理
XJW-500B热机分析仪
在“试验”菜单下选择“打印”按
钮，计算机将弹出打印试验报告报表。
根据报告提示输入要求的内容，选择
“确定”按钮，即可打印出报告和温
度—形变曲线。
GTS-Ⅲ热机分析仪
1．从温度形变曲线上求得试样的Tg、
Tf 和交联聚苯乙烯的Tg。
2．实验结果列表如下：
样品名称
施加压力
（N）
Tg（℃）
升温速率
（ ℃ /min）
Tf（℃）
六、思考题
1 ． 与热机械曲线上不同力学状态多对
应的分子运动机理是什么？解释非晶、
结晶、交联聚合物热机械曲线形状的差
别。
2 ．为什么本实验测定的是高聚物玻璃
态、高弹态、粘流态之间的转变，而不
是相变？
3 ． 哪些实验条件会影响Tg和Tf的数值？
它们各产生何种影响？