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（Ef）,损耗 模量（E” ）和力学损耗（tanJ）,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b,频率为口，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 仞（7 - b（）sin（仞 + J）式中％和％分别为应力和应变的幅值，将应力表达式展开：a = cr（）cos 3 sin（69Z + 5） + b（）sin S cos cot应力波可分解为两部分，一•部分与应力同相位，峰值为％cosS,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％sin5,与能量的损耗有关。
定义储能模最（Ef）,损耗模量（E"）和力学损耗（tan J ）：E = （a0 /%）cos3E" = （cr0 /6*0）sin Jsin 5cos JE”F复数模量可表示为:其绝对值为：E* = E + iE”E =』E2 + E〃2在交变应力作用下，样品在每--周期内所损耗的机械能可通过下式计算:N =枇（腴侦）=，E”蓦△W与E"成正比，因此， 样品损耗机械能的能力高低可 以用E”或ta展值的大小来衡 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 —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tan J值达到 最大值储能模量也随温度上升 而大幅度下降若所研究的样品为两组分 体系，如果两组分完全不相容， 样品形成明显的两相结构，此 时,tan S -T曲线和Er-T曲线有 两个转变区，对应于两种不同的 相若两相聚合物有一定相容 性，则随肴相容性的改 善,tan J -T曲线上逐渐由两个 转变峰过渡为一个宽转变峰三、仪器：DMTA-IV型动态粘弹谱仪主机炉内结构如图所示样品通过夹具（拉伸、压缩、剪切、悬臂梁、三点弯曲等夹具），T-bar与驱动 器，应力传感器和位移检测器相连接。
试样在预张力（最大值：15N）的作用下由 驭动器施加一固定频率的正弦伸缩振动预张力的作用是使试样在受到伸缩振动时 始终产生张应力应力传感器和位移检测器分别 检测到同样振动频率的正弦应力和应变讯号，经 仪器信号处理器处理，直接给出tan 6 , Ef和E" 值测量过程中通过控制样品炉的升温程序：炉温范围:-150C〜600C （注意：设置温度 禁止超过材料熔点）升温速率：0.1 C/min 〜40C/min （400 C 后25 C/min）降温速率：0.1 C/mi n~20 C/min或改变频率：频率范围：1.6X10-3〜200Hz最后 可得到tanJ, E和E"对温度（T）、频率（田） 或时间（D的图谱本机配置计算机，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四、实验步骤：1 .样品：（1） 共混样品制备：将lg的PS和1g的PMMA分别溶于10ml CHCI3全溶后混合均匀，静置片刻 以排气泡，然后在玻璃板上浇注成膜，室温卜放置一天，60E真空烘箱干燥12h, 冷却后，轻轻揭下膜备用，要求膜厚为1.0〜1.5mm2） 试条制备:用刀将薄膜裁成宽5~10mm,长30mm试条备用。
3） 其它样品由教师提供2. DMTA测试部分：（1） 接通DMTA电源，预热20分钟2） 点击电脑屏幕上的RSI软件,在"Utilities”中选“Instrument online”进行联 机3） 在 DMTA 面板上，上扳 “sample chamber motion control” 开启炉子，去除 T-bar 上的所有夹具4） **Utilities=> ucalibrate instrumentn => "calcheck” => "continue”” 进行弹 簧常数检测，将检测值和原值进行比较，只要在20%的误差允许范围内，即可按“accept”进行下一步5） “control” => "Edit/ Starttest=>在 “Title” 栏中填入标题，在 **operation,, 栏中填入操作者姓名，在“Edit Notes”中进行注释编辑6） 在"Sample Geometry ” 栏中选中"Predefined Geometries ”，" Geometry ”栏选[Sing Pt Bud] Single Canti lever Bending Geometry => "Edit Geometry n = "Frame size"选"Medium (2mm)", uCenter Clamp” 选 **Medium (6mm)”, Length： 8.0 (为默认值，不用改动)，用游标卡尺量取样品的宽、厚尺寸，并填入相应的栏中 (样条尺寸 30X10X1.5 左右)，“Tool serial Num” 中填 “0000”。
7) "options" => "Tool Thermal Expansion coefficient栏中填 “0.0"； "Fixture Compliancev 栏中填"0.0”； “Toll mass” 栏中填"13.1g” =>ok=>ok8) Test set 叩"选Predefined Test Set Up”，“Test"选[D temp RampJ (Dynamic Temperatune Ramp Test) => "Edit test" => 44Frequency”栏中填"1.0” Hz，uInitial Temp”填“20.0”，“Final Temp”填“120.0”，“Ramp Rate”填“2.5”, "Soak Time after Ramp” 填 "0”, "Time Per Measure"填 T”，"Strain” 填 “0.05”9) "option"二>不选，即在"Delay Before Test", "Auto tension Adjustmentv 和 "Measure Option"三个选择项前均无 " + ” 号=> “ok” => “ok”。
10) “end of test” = uturn off temp controller"设为 “NO", “Turn OFF MOTOR” 设为 “NO”，“turn hold on” 设为 “NO” =>ok11) “test” 中选 ustrain-control"Measure” 中选"Dynamic"12) “Load sample”，在 DMTA 的 T-BAR 上安装 u straight clamp sup port”在四根 支架上安装 44 wide Face Frame Bar”和 “Medium clamp”，并上好螺母13) “continue” =>仪器自动零点校正=>用10cN・M的扭力扳手安装样品，同 时要保证软件窗口中标尺的读数的绝对值小于0.001,还要保证炉子关闭时，样条 不会触及护壁=> “DONE” =>合上炉子14) 等待温度示值稳定后,“BeginTest”(15) "layout” => "Plot layout” => "layout” 中选 Temp 为 X 轴，E，、E"为 Y-left 轴，tan <7 Y-right轴；"scaling”中把两个Y轴设为对数坐标，X轴为线性坐标, 在“color/ symbols / lines*中选取不同的颜色和线性。
16) 试验结束后，卸下全部的夹具及样品，并关闭软件，最后关闭DMTA电源五、 实验结果及分析：DMTA-IV动态粘弹仪自动处理数据并打印出谱图学生要学会通过动态粘弹 谱曲线分析问题：(1) 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2) 分析比较共混聚合物结构特点及两相相容的情况六、 问题讨论：(1) 如何通过动态粘弹试验评价共混或复合材料的相容性?(2) 如何判断共混材料中的连续相或分散相？(3) 为什么在玻璃化转变区内tank会出现最大值？参考文献:[1] I. M. Ward, Mechanical properties of solid Polymers, 2nd Edt., John Wiley, New York 1983[2] EA.柯林斯，聚合物科学实验，王盈康等译，北京，科学出版社，1983[3] D. J. Massa, J. Appl. phys., 44： 2595 (1973)。