应用Origin软件绘制橡胶材料动态性能主曲线_谭帅霞VIP免费

应用Ｏｒｉｇｉｎ软件绘制橡胶材料动态性能主曲线谭帅霞，周志诚，梁东，杨柳，邓江华，王进（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲４１２００７）摘要：介绍应用Ｏｒｉｇｉｎ软件绘制橡胶材料动态性能主曲线的方法。以天然橡胶在不同温度（－６０～－１０℃）下的储能模量和损耗因子数据为例，阐述应用Ｏｒｉｇｉｎ软件绘制材料动态性能主曲线的理论依据，并建立了作图及读图方法。该方法简便、实用，预测数据与文献报道基本一致。关键词：橡胶；动态性能主曲线；Ｏｒｉｇｉｎ软件；损耗因子；储能模量中图分类号：ＴＱ３３２；Ｏ６３１．２１文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－８９０Ｘ（２０１３）０３－０１８０－０４基金项目：高速铁路基础研究联合基金资助项目（Ｕ１１３４１０５）作者简介：谭帅霞（１９８２—），女，湖南益阳人，株洲时代新材料科技股份有限公司工程师，博士，主要从事材料结构及性能的表征和分析工作。材料的动态物理性能曲线图是根据材料动态物理性能测试数据绘制的多坐标系图。它包括了多种数据，可由温度、频率直接读出材料的损耗因子及模量。通过高分子材料的粘弹性可预测材料的寿命和长期使用性能。材料动态性能曲线的绘制尽管有文献报道［１］，但大多仅说明曲线平移得到某个温度下的主曲线，未说明如何平移及平移量。一些曲线平移软件能做出材料动态性能曲线，但作图随机性很大，平移量由作图人员随意调动，无法让人真正理解作图的依据。这样得到的曲线图只能显示频率或温度与损耗因子及模量的关系，没有将温度和频率对材料动态性能的影响同时反映出来。天然橡胶（ＮＲ）因具有很好的弹性和良好的绝缘性、可塑性、隔水隔气、抗拉和耐磨等特点，广泛应用于工业、农业、交通、运输和日常生活等领域。考虑到材料动态物理性能因材质性能各异，动态性能曲线理论繁琐，出于实用需要，本工作以ＮＲ的动态热力学性能分析（ＤＴＭＡ）数据为例，系统阐述材料动态性能主曲线绘制的理论依据、作图及读图方法。１理论依据对时间和温度的依赖性是高聚物力学性能的显著特点。同一个力学松弛现象，既可以在较高的温度下、较短的时间内观察到，也可以在较低的温度下、较长的时间内观察到。因此延长观察时间对分子运动是等效的，对高聚物的粘弹行为也是等效的，此即为时温等效原理。Ｍ．Ｌ．Ｗｉｌ－ｌｉａｎｍｓ等研究发现［２］，在温度Ｔ＝（Ｔｇ±５０℃）（Ｔｇ为玻璃化温度）范围内，对于几乎所有的非晶态高聚物，可通过将不同温度下得到的几个不同时间数量级的试验模量与温度曲线水平位移，叠合成一条主曲线，其平移因子存在以下经验公式：ｌｇα（Ｔ）＝－Ｃ１（Ｔ－Ｔ０）Ｃ２＋（Ｔ－Ｔ０）（１）式中，α（Ｔ）为温度Ｔ的平移因子；Ｃ１和Ｃ２为常数，Ｔ０为参考温度，式（１）即为通常所说的ＷＬＦ方程［２］。借助α（Ｔ）可以将某一温度和时间下测定的材料力学性能数据变为另一个温度和时间下的数据，得到较宽频率范围内高聚物的力学性能。在ＷＬＦ方程中，原则上以Ｔｇ作为参考温度，经验发现，若以聚合物的Ｔｇ作为参考温度，Ｃ１＝１７．４４，Ｃ２＝５１．６，但这是平均值，实际上对各种聚合物仍有不小的差别。在实际应用中，频率扫描时选定的温度很难正好在玻璃化温度范围内，可以尽量选择所测数据变化较大的温度点为参考温度，此时Ｃ１和Ｃ２也将相应改变。式（１）中将α（Ｔ）取对数，在此引入折算频率（ｆｒ），以实现曲线平移后横坐标的连贯性和曲线的平滑相连：ｆｒ＝ｆα（Ｔ）（２）０８１橡胶工业２０１３年第６０卷第３期ｌｇｆｒ＝ｌｇｆ＋ｌｇα（Ｔ）（３）式中，ｆ为频率。２测试仪器及条件采用美国ＲｈｅｏｍｅｔｒｉｃＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＴＭ公司生产的ＤＴＭＡ－ＩＶ型动态热力学分析仪进行ＤＴＭＡ测试。试样尺寸为（１２±０．２）ｍｍ×（２±０．１）ｍｍ×（１±０．１）ｍｍ。测试条件如下：频率扫描固定温度－６０，－５５，－５０，－４０，－３０，－２０，－１０℃，频率精度０．２Ｈｚ，频率范围１～２０Ｈｚ，初始静态载荷０．５Ｎ，动态应变０．０５％。３结果与讨论３．１ＤＴＭＡ频率扫描试验数据Ｎ...