Термомеханический анализ возник как метод исследования состояний полимеров посредством наблюдения их деформации при силовом и тепловом воздействии. Данный .метод можно рассматривать как один п.ч разделов термического анализа. При таком подходе можно выделить общие вопросы, существенные в отношении любого метода термического анализа и специфичные только для термомеханического анализа (ТМА). К первым относятся прежде всего термический режим, методы нагревания, приемы записи измеряемой величины (безотносительно к ее специфике), переход от основной величины к обратной, использование дифференциальных и производных величин, принципы сопоставления данных нескольких методов и некоторые другие вопросы. Ко вторым относятся вопросы осуществления и регистрации деформаций, проявления в ТМА особенностей физико-химии и механики полимеров.
В практике термомеханического анализа все эти вопросы тесно переплетаются. Результаты исследований во многом зависят от таких факторов, как условия опыта, режим силового и теплового воздействия, наконец, от «термомеханической истории» образца. Кажущаяся неоднозначность получаемых результатов не раз приводила исследователей к разочарованию в этом методе. Обычно исследователь, использующий информацию, получаемую данным методом, не склонен вникать в «экспериментальные мелочи». В то же время оператор, непосредственно получающий эту информацию, порой и не догадывается о-том, как сложна природа изучаемых объектов и каких тонкостей требует работа с ними. С целью облегчить «взаимопонимание сторон», им в равной мере адресована данная книга, которая задумана не только как обзор достижений в области развития и применения метода, но и как практическое руководство (в этом отношении примером для автора явилась широко известная монография Л. Г. Берга «Введение в термографию»).
Упомянутые выше общие вопросы термического анализа автор не излагает подробно, так как эти вопросы рассматриваются в ряде руководств по дифференциально-термическому анализу. Внимание сосредоточено на специфике ТМА как метода изучения состоя-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.....
Часть первая МЕТОДИКА И АППАРАТУРА ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
Глава I. Принципы термомеханического анализа полимеров, его возможности и применение...................... 5
Термомеханические свойства полимеров и метод термомеханического
анализа............................ 5
Термомеханическая кривая, ее сущность и роль в ТМА....... 10
Краткий обзор применений ТМА................. 17
Глава II. Методические основы термомеханического анализа .... 21
Способы механического воздействия на полимер в ТМА....... 21
О характере деформаций при пенетрации............. 24
Временной режим механического воздействия и изменения температуры. Размеры и форма образца................. 27
Особенности методов кратковременного (импульсного) нагружения 31
Глава III. Аппаратура для термомеханического анализа....... 33
Принципы устройства приборов для ТМА и их элементы...... 33
Приборы, используемые в ТМА полимеров............ 50
-• Часть вторая
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЙ ПОЛИМЕРОВ МЕТОДОМ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
Глава IV. Линейные аморфные полимеры.............
Деформационные состояния линейных аморфных полимеров .... Влияние температуры на состояния линейных аморфных полимеров ТМА-кривая при импульсном нагружении (по Каргину — Соголовой —
Слонимскому). Влияние молекулярной массы.......... 82
О форме ТМА-кривых при постоянном нагружении......... 8
ТМА-кривые при импульсном нагружении с постоянной составляющей ..............................
Характерные точки термомеханической кривой..........
Влияние некоторых экспериментальных факторов на результаты
ТМА.............................. 101
Исследование порошкообразных образцов............. 108
70 70
77
88
92 96
233
Глава V. Кристаллизующиеся полимеры............. 113
Полимеры в кристаллическом состоянии и их деформационные свойства .............................. 113
Особенности кристаллизации полимеров............. 116
О соотношении температур кристаллизации и плавления..... 119
Проявления в термическом анализе рекристаллизации и полиморфных переходов......................... 123
О форме ТМА-кривых кристаллических полимеров........ 127
Исследование полимеров, кристаллизующихся в ходе ТМА .... 130
Применение методов периодического нагружения........ 133
Глава VI. Пространственно-структурированные полимеры..... 139
Глава VII. Полимеры, подверженные химическим превращениям 147
О термических реакциях в процессе ТМА............. 147
Процессы, ведущие к увеличению длины цепи........... 150
Процессы, ведущие к уменьшению длины цепи.......... 152
Процессы, ведущие к образованию пространственных структур . . . 154
Полимераналогичные превращения и внутрицешше реакции .... 162
Особенности ТМА при образовании газов или паров........ 164
Глава VIII. Многокомпонентные полимерные системы....... 167
Об особенностях физико-химических систем с участием полимеров 167
Гомогенные смеси....................... 169
О переходах гомогенных смесей в микрогетерогенное состояние . . . 175
Микрогетерогенные смеси.................... 181
Сополимеры.......................... 185
Часть третья
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА В ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ ПОЛИМЕРОВ
Глава IX. Получение экспериментальных данных......... 193
Приготовление образцов.................... 193
Выполнение эксперимента.................... 197
Распространенные ошибки при выполнении ТМА......... 199
Обработка результатов эксперимента............... 202
Построение кривых ТМА в производной форме.......... 205
Глава X. Расшифровка результатов термомеханического анализа . . 207
Интерпретация характерных элементов ТМА-кривых........ 207
Дополнительные опыты для расшифровки ТМА-кривых. Закалка,
прогрев и отжиг......................... 214
Литература........................... 218
Предметный указатель ...................... 226
