热膨胀法及系数测定技术解析

热膨胀法(thermodilatometric analysis,TDA)是在程序控温条件下,在可忽略负荷时测量材料的尺寸与温度关系的技术。TDA是最早通过实验研究聚合物转变的方法之一。其优点是装置简单、比较直观,主要包括线膨胀法和体膨胀法两种。

1)线膨胀法

线膨胀法是测量聚合物试样的一维尺寸随T的变化。当温度升高1℃时,沿试样某一方向上的相对伸长(或收缩)量称为线膨胀系数,以αL来表示,即

2)体膨胀法

体膨胀法通常用体膨胀系数对温度作图。温度升高1℃时,试样体积膨胀(或收缩)的相对量称为体膨胀系数,以αV来表示,即

式中,αV——体膨胀系数,单位为K-1;(www.zuozong.com)

V0——测试前物质的体积,单位为mm3;

ΔV——温差ΔT下物质体积的变化量,单位为mm3;

ΔT——测试温差,单位为K。

图6.23是体膨胀系数测定仪示意图,测试时先将试样装入样品池,抽真空后将水银或与聚合物不互溶的高沸点液体(如甘油、硅油)装满样品池,使液面升至毛细管的一定高度,在程序控温下样品体积的变化反映在毛细管内液体的升降,记录温度和该液面高度,再扣除相应注入液体的膨胀值和容器的膨胀值,得到样品体积的变化值,依据方程可求得体膨胀系数。

图6.23　体膨胀系数测定仪示意图

无论线膨胀系数还是体膨胀系数均不是一个恒定值,而是在给定温度范围内的一个平均值。通常的热膨胀法是以测定固体试样的某一个方向上长度的变化为主,即线膨胀测定居多。热膨胀曲线以温度T(或时间t)为横坐标,纵坐标表示物质的尺寸变化。