5.動態(tài)力學(xué)性能分析(DMA)法
高分子材料的動態(tài)性能分析(DMA)通過在受測高分子聚合物上施加正弦交變載荷獲取聚合物材料的動態(tài)力學(xué)響應(yīng)。對于彈性材料(材料無粘彈性質(zhì)),動態(tài)載荷與其引起的變形之間無相位差(ε=σ0sin(ωt)/E)。當(dāng)材料具有粘彈性質(zhì)時,材料的變形滯后于施加的載荷,載荷與變形之間出現(xiàn)相位差δ:ε=σ0sin(ωt+δ)/E。將含相位角的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系按三角函數(shù)關(guān)系展開,定義出對應(yīng)與彈性性質(zhì)的儲能模量 G’=E·cos(δ),和對應(yīng)于粘彈性的損耗模量 G”=E·sin(δ)。E因此稱為絕對模量 E=sqrt(G’2+G”2)
由于相位角差δ的存在,外部載荷在對粘彈性材料加載時出現(xiàn)能量的損耗。粘彈性材料的這一性質(zhì)成為其對于外力的阻尼。阻尼系數(shù) γ=tan(δ)=G’’/G’
由此可見,高分子聚合物的粘彈性大小體現(xiàn)在應(yīng)變滯后相位角上。當(dāng)溫度由低向高發(fā)展并通過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時,材料內(nèi)部高分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生變化,與分子結(jié)構(gòu)形態(tài)相關(guān)的粘彈性隨之的變化。這一變化同時反映在儲能模量,損耗模量和阻尼系數(shù)上。下圖是聚乙酰胺的DMA曲線。振動頻率為1Hz。在-60和-30°C之間,貯能模量的下降,阻尼系數(shù)的峰值對應(yīng)著材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。相應(yīng)的溫度即為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。