静态变形模量测定仪

热变形维卡软化点温度测定仪是一种用于测量材料在高温环境下的热变形和软化点的实验设备。这种设备在质量控制、材料科学、塑料工业等领域都有广泛的应用。本文将详细介绍热变形维卡软化点温度测定仪的原理、结构、操作方法以及可能出现的误差和处理方法。和晟 HS-XRW-300MA 热变形维卡软化点温度测定仪热变形维卡软化点温度测定仪主要由加热装置、测试系统和测量仪器等组成。加热装置包括电炉、热电偶和加热炉壳等部分，用于提供高温环境。测试系统包括试样、加载装置和位移传感器等，用于测量材料的热变形和软化点。测量仪器则是用于记录和显示测量数据的设备。操作热变形维卡软化点温度测定仪需要遵循一定的步骤和注意事项。首先，选择合适的试样和试剂，确保试样在高温环境下能够充分软化和变形。其次，将试样放置在加热装置中，并使用加载装置施加一定的压力。然后，逐渐升高温度，并记录试样的变形量和温度变化。最后，通过测量仪器输出测量结果，并进行数据处理和分析。在使用热变形维卡软化点温度测定仪时，可能会出现一些误差。例如，由于加热不均匀或加载压力不一致，可能会导致测量结果出现偏差。此外，由于试样本身的性质和制备方法也会对测量结果产生影响。因此，在进行测量时，需要采取一些措施来减小误差，例如多次测量取平均值、选择合适的加热方式和加载压力等。热变形维卡软化点温度测定仪的测量结果可以反映材料在高温环境下的性能和特点。因此，正确理解和使用测量结果是至关重要的。在实践中，需要根据具体的实验条件和要求，选择合适的测定仪器和试剂，并严格按照操作规程进行测量。同时，需要充分考虑误差和处理方法，以确保测量结果的准确性和可靠性。总之，热变形维卡软化点温度测定仪是一种重要的实验设备，可以用于测量材料在高温环境下的热变形和软化点。了解其原理、结构、操作方法以及可能出现的误差和处理方法，对于科学研究和实际应用都具有重要意义。

摘 要：本文介绍使用鲲鹏BOYI 2025电子万能材料试验机，配合手动楔形拉伸夹具、Reliant精密轴向引伸计以及横向引伸计，根据《GB /T 1040.1-2018 塑料 拉伸性能的测定 》和《GB/T 1040.2-2022塑料 拉伸性能的测定 第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件》，进行了塑料拉伸模量及泊松比试验的实例，试验结果表明，使用鲲鹏BOYI 2025电子万能材料试验机能够完全对应塑料拉伸试验。关键词：鲲鹏BOYI 2025电子万能材料试验机 塑料 高分子 聚合物 拉伸试验 拉伸模量 泊松比塑胶原料定义为是一种以合成的或天然的高分子聚合物，可任意捏成各种形状最后能保持形状不变的材料或可塑材料产品。塑料是重要的有机合成高分子材料，由于其良好的物理化学性能，以及加工特性，被广泛应用于日常工作与生活中。根据各种塑料不同的使用特性，通常将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。本次应用选用日常生活中最常见的5种塑料进行试验，可以很直观的对比出各种塑料的力学性能差异。电子万能材料试验机在塑料的力学性能分析中是属于最重要的物理性能测试设备之一。鲲鹏试验机配备的手动楔形拉伸夹具，可以在不借助工具的情况下，实现试样的快速夹紧，同时配备样品夹持对中装置确保每次试样放置位置统一，可以大大测试提高效率以及测试的重现性；夹具采用的楔形夹紧方式，可以比传统的平面夹持夹具夹紧后更小的预应力，并且在拉伸过程中持续稳定的提供夹持力。除夹具外，本次试验采用的Reliant精密轴向引伸计以及横向引伸计配合试验机主机的高精度和超过1000Hz的采集频率，可以完整的记录拉伸过程中的所有特征数据，给用户提供准确可靠的试验数据，配合智能化的测试软件可以同时提供单试样、多试样、双坐标等各种测试曲线，让不同的用户均可以拥有良好的交互体验，为企业的研发、质量以及产品控制保驾护航。1.试验部分1.1仪器与夹具BOYI 2025-010 电子万能试验机10kN手动楔形拉伸夹具Reliant轴向引伸计Reliant横向引伸计Smartest软件1.2分析条件试验温度：室温22℃左右载荷传感器：10kN（0.5级）加载试验速率：5mm/min夹具间距：115mm标距：50mm1.3样品及处理本次试验，选取5款注塑成型的塑料试样，包括原材料或增强塑料，材质分别为PP、PP+EPDM+TD20、ABS、PC、PA6+30GF，尺寸均为GB/T 1040.2的1A型试样，数量各5个。2.试验介绍使用BOYI 2025-010电子万能试验机进行试验，将样品夹持在上下夹具中，开启试样保护，将夹持后的预应力消除，然后分别将横向引伸计及轴向引伸计夹持在试样的中间部位，然后将引伸计清零，再以5mm/min的速度进行试验，直至拉伸应变超过拉伸模量及泊松比取值范围后，停止测试，将引伸计卸除。测量过程中的力以及变形数据，并生成拉伸试验曲线。图7 测试系统图（主机、夹具、引伸计）3.结果与结论3.1试验结果具体试验结果如下表1所示。表1.试验结果图8-试验曲线PP图9-试验曲线PP+EPDM+TD20图10-试验曲线ABS图11-试验曲线PC图12-试验曲线PA6+30GF从上(表1)数据以及试验曲线可以看出，拉伸曲线平滑连续，无松动打滑等异常现象，软件可以记录整个过程中完整的试验曲线，可以获取载荷、位移、轴向变形、横向变形等各项数据用于分析。可以看出各种样品之间因材质不同的曲线差异，模量大刚性高的样品，曲线斜率更大，每组各5个试样重现性良好，满足标准要求。从本次试验结果可以体现出鲲鹏BOYI 2025-010 电子万能试验机的高精度及高稳定性。4.结论上述试验结果表明，鲲鹏BOYI 2025-010 电子万能试验机配合手动楔形拉伸夹具、Reliant轴向引伸计以及横向引伸计，可以完全满足《GB /T 1040.1-2018 塑料 拉伸性能的测定 》和《GB/T 1040.2-2022塑料 拉伸性能的测定 第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件》标准要求，高效高质完成试验。通过高精度高采样率的测试系统，可以获得塑料材料的各项力学数据，且稳定可靠，这对于塑料材料的技术发展非常重要，能够为企业的产品研发、品质管理，以及该行业的标准化、规范化提供数据支持与技术保障。

p style="text-align: center "strong原创： 徐颖【苏大】 江苏热分析/strong/pp　　研究物质形变或力学性质与温度关系的方法，常称之为热机械分析法，该法包括热膨胀法(DIL)、静态热机械分析(TMA)和动态热机械分析(DMA)三种技术，它们之间的差别最主要的来自于它们测量时负载力的不同。热膨胀法是测量试样负载力为零，即仅有自身重力而无外力作用时，在程序温度控制下，膨胀或收缩引起的体积或长度的变化 静态热机械分析是测量材料在静态负载力(非交变负荷)作用下，形变与温度间关系的技术 动态热机械分析是在程序控制温度下，测量材料在动态负载力(交变负荷)下动态模量和力学阻尼(或称力学内耗)与温度关系的一种技术。/ppstrong一、TMA基本原理和结构/strong/pp　　静态热机械分析仪是在热膨胀仪的基础上发展起来的，它的基本原理和热膨胀仪相同，不仅可以替代热膨胀仪，而且在结构和功能上有进一步的扩充和提升。/pp　　(1) 可以设定试样所受负荷的大小，改变负荷会得到不同的热形变曲线，因此负荷大小成为一个重要的实验参数。而且将负荷大小设置为与材料实际使用中所受的力相近，热形变曲线更有实用价值。此外选用合适的负荷大小，可以得到更理想的曲线。/pp　　(2) 可选用更多不同的探头，大多配备拉伸、压缩、穿透(或称针入)和弯曲等探头，除了能测定热膨胀系数和各种相变点之外，还可以研究定应变的应力松弛和定应力的蠕变等力学性能。图1是DIL和TMA可选用探头和基本原理示意图。/pp style="text-align: center "img title="图1 热膨胀和热机械分析原理示意图.jpg" alt="图1 热膨胀和热机械分析原理示意图.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/ef21716a-4636-4630-8ec4-1facf9de83a5.jpg"//pp style="text-align: center "strong图1 热膨胀和热机械分析原理示意图/strong/pp style="text-align: center "strong(a)热膨胀和TMA装置原理 1—仪器的基本形式 2—水平热膨胀 /strong/pp style="text-align: center "strong3—垂直热膨胀或TMA 4—TMA的垂直膨胀(天平型) (b)TMA的应力类型/strong/pp　　TMA按机械结构形式不同，可以分为天平式和直筒式两大类。天平式TMA的施力方向(拉伸还是压缩)和大小是通过刀口式天平来控制的，再根据试样与天平的相对位置又可分为上皿式和下皿式。直筒式TMA根据施力控制原理、方式不同可分为三种：弹簧型，通过顶部加压砝码和弹簧相互协调控制负载的方向和大小 磁力型，通过磁钢和控制磁拉力线圈中直流电的方向来决定负载的方向和大小 浮子型，通过浮子、浮液和顶部加压砝码来控制负载，浮子材料使用低密度的聚合物，而浮液采用高密度氟氯硅油。/pp　　以上这些分类实际上是依据TMA施力方式不同来分的，仪器其他部分：炉体、温度控制、气氛控制等雷同于差热仪、热重仪。而位移检测系统则都是由差动变压器将位移转变为电压信号，经相敏放大器、有源滤波器、电压放大器、A/D转换器后再进行数据处理。/ppstrong二、操作模式/strong/pp　　TMA的操作模式可分为五种：/pp　　(1) 标准模式，可进行3个实验程序。一个是线性升温时负载力保持恒定，监测位移的变化，则得到最经典的热膨胀曲线 如果线性升温保持恒定的应变，检测力的变化，可用于评价薄膜或纤维的收缩力。恒温条件下，往往设置力呈线性变化，监测其所产生的应变，可获得力位移曲线和模量信息。/pp　　(2) 应力/应变模式，有2个实验程序。在恒温条件下，施加线性变化的应力或应变，测量对应的应变或应力，从而得到应力/应变图谱及相关的模量信息。所计算出的模量可以分别作为应力、应变、温度或时间的函数来表示。图2就是保持恒温，应力线性增加，所获得的应力/应变曲线。该曲线的形状受所设温度及样品加工工艺的影响。/pp style="text-align: center "img title="图2 温度恒定，线性应力作用下所得应力_应变曲线.png" alt="图2 温度恒定，线性应力作用下所得应力_应变曲线.png" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/63918f4f-cced-471e-9587-5358e2d3a7ea.jpg"//pp style="text-align: center "strong图2 温度恒定，线性应力作用下所得应力/应变曲线/strong/pp　　(3) 蠕变/应力松弛模式，可进行2个实验程序。一个是蠕变实验，即应力保持恒定，监测应变随时间的变化，获得柔量数据 另一个是应力松弛实验，应变保持恒定，监测应力的衰减，获得松弛模量数据。二者均为瞬态测试，可评估材料形变及回复性质。/pp　　(4) 动态TMA模式，在线性升温条件下，对样品施以正弦变化的力。测量由此产生的正弦变化的应变。通过应力、应变数据计算储能模量E' 、损耗模量E〞和损耗因子Tanδ对时间、温度或应力的关系，一般适用于薄膜的研究。/pp　　(5) 调制TMA模式，类似于调制DSC，是温度控制方式在传统的线性升温的基础上叠加一个设定振幅和周期的正弦波温度变化程序，将原始信号(总位移和热膨胀系数)解析成可逆和不可逆部分，可逆部分可获得相变信息(如Tg)，不可逆部分得到具有时间依赖性的动力学过程(如应力松弛)。/ppstrong三、TMA典型谱图及解析/strong/pp　　图3是比较典型的热膨胀曲线图，TMA(或DIL)确定线膨胀系数的公式为：/pp style="text-align: center "img title="式1-1.jpg" alt="式1-1.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/66c902b0-66e8-461f-9910-a288f34faefc.jpg"//pp　　式中l0为样品原始长度，Δl/ΔT为热膨胀曲线的斜率。相应的体膨胀系数γ的计算公式如下：/pp style="text-align: center "img title="式1-2.jpg" alt="式1-2.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/0a79f259-09f2-436d-82c0-69a18aeaef5b.jpg"//pp其中V0为样品原始体积，ΔV/ΔT为热膨胀曲线的斜率。/pp style="text-align: center "img title="图3 热膨胀曲线以及线膨胀系数α的确定.png" alt="图3 热膨胀曲线以及线膨胀系数α的确定.png" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/480a5479-2a22-47f0-9e37-465d8ca4609b.jpg"//pp style="text-align: center "strong图3 热膨胀曲线以及线膨胀系数α的确定/strong/pp　　热膨胀曲线也可以确定材料的玻璃化转变温度Tg，图4是比较常见的高分子材料和金属的热膨胀曲线，从(a)中可以看到聚苯乙烯PS的膨胀曲线突变处所做的外推温度就是Tg。如果将热膨胀曲线对温度一阶求导，如图5-7下方，将得到一个类似于DSC在Tg处台阶的曲线，更容易确定Tg值。/pp style="text-align: center "img title="图4常见的热膨胀曲线(a)聚苯乙烯PS；(b)高（低）密度聚乙烯PE；（c）金属Al、Pt和玻璃.jpg" alt="图4常见的热膨胀曲线(a)聚苯乙烯PS；(b)高（低）密度聚乙烯PE；（c）金属Al、Pt和玻璃.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/ab420d73-d6f7-40f3-8a62-8586c92c66fa.jpg"//pp style="text-align: center "strong图4常见的热膨胀曲线(a)聚苯乙烯PS (b)高(低)密度聚乙烯PE (c)金属Al、Pt和玻璃/strong/pp style="text-align: center "img title="图5 TMA热膨胀曲线及其一阶导数曲线确定Tg.jpg" alt="图5 TMA热膨胀曲线及其一阶导数曲线确定Tg.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/79777183-9912-4ea3-a0ef-34a0ee703a9b.jpg"//pp style="text-align: center "strong图5 TMA热膨胀曲线及其一阶导数曲线确定Tg/strong/pp style="text-align: center "img title="图6 几种不同类型的热机械曲线示意图.jpg" alt="图6 几种不同类型的热机械曲线示意图.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/7ec3e314-83b7-4eac-b62f-5d60ce321bb8.jpg"//pp style="text-align: center "strong图6 几种不同类型的热机械曲线示意图/strong/pp style="text-align: center "strong(a) 非晶态无定形线形聚合物的温度—形变曲线 /strong/pp style="text-align: center "strong(b) 非晶态无定形线型和交联型聚合物的蠕变曲线，1-线型 2-交联型/strong/pp style="text-align: center "strong(c) 不同力学状态高聚物的应力松弛曲线，1-玻璃态 2-高弹态 3-粘流态/strong/pp　　上文曾经提到TMA除了热膨胀法曲线之外，还可以研究保持应变恒定时的应力松弛和恒定应力下的蠕变行为，如图6。TMA所测的形变，除了一部分是样品自身膨胀或收缩引起的形变之外，还有一部分是应力引起的，这部分形变是分子相对移动时释放能量(粘性响应)或储藏能量(弹性响应)的结果，因此TMA所测形变实际上是膨胀行为和粘弹效应的加合。/ppstrong四、TMA实验方法/strong/pp　　TMA是研究形变的技术，因此样品尺寸是否准确计量、是否稳定很重要，选用样品要求形状规整、无缺陷(气泡或裂纹)，块状样品上下两面要求平行且光滑，复合材料尤其是高聚物中添加了无机填料要考虑两相间是否相溶，必要时类似于DSC测试要考虑去除热历史的影响。由于TMA的样品用量相对比TG和DSC要大，扫描速率相对的设定慢一些为好，一般5℃/min 保护气常用氮气或空气，流量10-50ml/min。/pp　　此外由于TMA配备有各种探头，了解这些探头的功能以及何种形态的样品适用于何种探头 了解测试的目的，在多种实验模式中选择合适的实验程序 负载力是TMA测试的一个重要参数，其大小的设定等等，这些往往依赖于实验人员的经验。/pp　　块状样品，一般适用的探头有：压缩探头、三点弯曲探头、针入(或称穿透)探头 所应用的测试有：线性膨胀系数、玻璃化转变温度、软化点、熔点、蠕变和松弛等等。/pp　　膜和纤维样品，一般适用的探头有：拉伸探头、针入探头 所测的参数：杨氏模量、玻璃化转变温度、软化点、蠕变、固化、交联密度和硬度等等。/pp　　粘性流体和胶，一般适用的探头有：剪切探头和针入式探头 适用的测试：粘性、凝胶化、胶体-熔体转变温度、固化和剪切模量。/pp /ppa href="https://www.instrument.com.cn/zt/TAT" target="_blank"更多热分析相关知识请见专题：《热分析方法与仪器原理剖析》/a/p