动态机械热分析在聚合物纳米复合材料

聚合物纳米复合材料(PNC)是由聚合物基质材料与嵌入粒子大小的10欧洲杯足球竞彩0纳米或更小。欧洲杯猜球平台碳纳米管或纳米纤维、石墨烯等关键词是典型的纳米颗粒。欧洲杯猜球平台

聚合物纳米复合材料表现出比空缺聚合物增强属性,使他们有趣的各种技术的应用程序。所需的特性,特别是,是高分子材料结合的更大的机械强度低体重。欧洲杯足球竞彩此外,整合nanocomponents可能导致一个增强的化学和耐热性以及电导率。目前,聚合物纳米复合材料通常用于航空和汽车行业,以及建筑材料的风车叶片。欧洲杯足球竞彩

聚合物纳米复合材料可以形成的混合纳米颗粒进入使用挤压熔融聚合物基质。欧洲杯猜球平台使用predisper欧洲杯猜球平台sed的纳米颗粒分散在液体载体和喂养到挤出机是一种实现在挤压过程中适当的混合。复合材料展览所需的属性,只有当粒子均匀分布在聚合物基质不形成任何更大的集群。欧洲杯猜球平台

动态机械热分析(DMTA)可以用来测试共聚合物的力学性能。DMTA可以用旋转流变仪进行扭转。当温度不断变化,材料暴露于振荡剪切。获得的数据被用来发现相变特征如融化的发生和结晶或玻璃化转变。此外,DMTA用于确定固体材料的力学性能与重要的应用程序相关的属性,例如脆性、硬度,耐冲击,或阻尼。流变参数,如损耗模量(G),储能模量(G),和损失或阻尼因子(tanδ)从DMTA获得。

损耗模量代表了粘滞性质,储能模量代表了材料的弹性性质。对于液体,储能模量小于固体的损耗模量,反之亦然。G”的比例和G的损耗因子,也是一种测量材料的阻尼特性。DMTA半晶状的聚合物上的示意图如图1所示。有不同的方法来识别玻璃化转变。最常见的方法流变测试使用的最大损耗模量(图1)。两个替代方法的最大tanδ(G / G)或发病的储能模量的降低。在玻璃态聚合物纳米复合材料通常是在室温和显示高G值,这意味着高刚度的材料。聚合物纳米复合材料表现出高G值比空玻璃态聚合物,表示他们的更高的机械强度。

在温度低于玻璃化转变,较小的相变可以发生共聚物和聚合物侧链。额外的峰的阻尼因子可以提高聚合物的抗冲击性。高抗冲聚苯乙烯(臀部),工程塑料聚苯乙烯骨架和橡胶侧链,将这类材料的一个例子。

图1所示。示意图的动态机械热分析的结果半晶状的聚合物。

材料和方法

的热科学™HAAKE™火星™流变仪可以配备一个固体夹紧工具扩大其范围的测试方法在复合材料领域和其他固体¹,控制试验箱(CTC)提供了这个设置的温度控制(图2)。

CTC的专利设计,利用对流加热和辐射加热,创建一个大型内均匀加热区其镀金试验箱(见图2),从而使测试更大的样品均匀温度条件下。固体夹紧工具可以集成有特殊软颚,媒介,或样品。

艰难的样本,下巴甚至可以修复硬复合材料与光滑表面振动测试。欧洲杯足球竞彩由于独特的设计两个移动下巴,固体自动夹紧工具位置样本的轴流变仪,它是强制从偏心放置,以避免任何错误。

两种不同的复合材料进行了测试使用CTC,火星HA欧洲杯足球竞彩AKE流变仪和固体夹紧工具。一个轻量级碳纤维执行材料,可以使用,例如,在飞机结构,是第一个示例。一个玻璃纤维执行聚苯硫(PPS)是第二个示例。这种材料用欧洲杯足球竞彩于应用高热能和机械稳定性是必要的。

DMTA与样品进行。碳纤维材料执行测试的温度从-100°C到+ 240°C。应用0.1%的恒定的振动变形γ1赫兹的频率。1 N的恒定轴向力(拉力)应用在整个测试。

玻璃纤维执行PPS测试30°C到250°C。一个恒定的振动变形的0.01%是应用于一个常数1赫兹的频率。轴向力保持不变在零牛顿在测试。所有的测试进行了升温速率的2°C /分钟。

图2。固体与碳纤维复合执行样品夹紧工具。

结果与讨论

DMTA测试的结果与碳纤维执行示例如图3所示。数据显示了高刚度的材料在室温下,储能模量G / 3 x 10⁹Pa。结果也显示出三个转变温度的样本的局部极大值所代表的损耗模量G”。流变特性的最大的变化发生在80年和150°C。G”的两个极大值在99°C和115°C表示两个不同的组件的玻璃转变温度范围。优秀的再现性的测试结果显示通过比较两个独立的测试运行的结果与两种不同的标本相同的材料。图3中所示的两组曲线几乎是完全相同的。

在测量期间,一个常数小拉力由流变仪应用于样品来弥补任何热收缩或扩张(见黑色的曲线如图4所示)。这将导致电梯运动流变仪,对任何样本长度的变化。此信息可以用于验证是否夹可能失去控制或能够保存样品。在样本长度的情节作为温度的函数,样本之间的任何下滑的下巴夹将显示作为一个变革。的顺利进展橙色曲线在图4中显示的稳定控制夹甚至等硬质材料。

除了其诊断价值,图4所示的数据包含关于样品本身的有价值的信息。随着温度的增加,长度减少,反映了负温度膨胀系数(α)所示一些碳纤维材料在纤维方向执行。欧洲杯足球竞彩可以观察到的变化斜率,负温度膨胀系数(α)周围的物质变化的主要转变温度从80°C。

DMTA测试的结果与玻璃纤维材料执行如图5所示。此外,这种材料在室温下显示了高刚度的储能模量G’3 x 10以上⁹Pa。玻璃化转变温度,用最大的损耗模量G”,发生在101°C。玻璃化转变温度以上,材料转化为一个橡胶弹性条件下,模的数据变化不增加温度。

同时测量,样本长度对温度图揭示了完美的固体控制夹紧工具。这种材料具有积极的热膨胀系数相比,碳纤维的执行不会改变的样品在玻璃化转变温度。从数据在图5中,常系数约为α= 3.3×10⁶K¹可以计算。

图3。储能模量G(红色),损耗模量G”(蓝色)和棕褐色(δ)(绿色)作为温度的函数基于碳样本。玻璃化转变温度T_G由绿线表示。2独立测试的结果(开放和充满符号)运行在新的样品,显示良好的再现性的结果。

图4。常数法向力(黑色)和减少样本长度(橙色)温度升高时从-100°C到240°C的碳纤维执行示例。

图5。储能模量G(红色),损耗模量G”(蓝色)和棕褐色(δ)(绿色)为玻璃纤维作为温度的函数执行PPS样本。玻璃化转变温度T_G由黑线表示。

图6。常数法向力(黑)和增加样本长度(橙色)在温度升高从30°C到250°C的玻璃纤维执行PPS样本。

总结

固体的独特设计夹紧工具辅助火星HAAKE流变仪集成了简单处理精度高和完美的再现性的测试结果。各种复合样品非常困难和光滑的表面经过测试,都给了很好的结果。

流变仪的结合的升力和法向力传感器和固体夹紧工具提供了一个简单的方法来检查完美控制样本,从而收集到的数据的可靠性。由于独特的升力和法向力传感器精度,重要数据的热膨胀可以同时收集样品。这使得有可能,例如,计算样品的热膨胀系数。的火星HAAKE流变仪,固体夹紧工具和控制测试室,可以扩大其范围的测试功能领域的动态机械热分析。

与古典的结合流变设置锥&板几何图形和珀尔帖效应温度控制模块,火星HAAKE流变仪提供了一个完美的,具有成本效益的解决方案测试聚合物复合材料和液体基础材料在一个乐器。欧洲杯足球竞彩

引用和进一步阅读

1. 热科学产品信息P004”固体夹紧工具动态机械热分析(DMTA)和火星HAAKE流变仪”科妮莉亚Kuchenmeister-Lehrheuer,费边迈耶和克劳斯Oldorp

这些信息已经采购,审核并改编自热费希尔科学所提供的材料,材料和结构分析。欧洲杯足球竞彩

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