實(shí)驗(yàn)1-4　聚甲基丙烯酸甲酯熱膨脹系數(shù)的測(cè)定

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1.掌握熱機(jī)分析的基本原理、儀器結(jié)構(gòu)和使用方法。

2.掌握熱膨脹系數(shù)的概念以及測(cè)定方法。

3.掌握使用圖解圖示法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

二、實(shí)驗(yàn)原理

材料的熱物性就是材料的熱物理性能，即材料在熱變化過(guò)程中的物理特征。材料熱物性通常包括熱膨脹系數(shù)、密度、熱擴(kuò)散率或?qū)叵禂?shù)、比熱容、熱發(fā)射率、熱吸收率、黏度等特性。材料熱物性是對(duì)特定熱過(guò)程進(jìn)行基礎(chǔ)研究、分析計(jì)算和過(guò)程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，是材料最基本的性能之一，也是掌握和調(diào)控生產(chǎn)中材料熱變形規(guī)律的基礎(chǔ)。

物體的體積或長(zhǎng)度隨著溫度的升高而增大的現(xiàn)象稱為熱膨脹。它是衡量材料的熱穩(wěn)定性好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。目前，測(cè)定材料熱膨脹系數(shù)的方法很多，有示差法（或稱“石英膨脹計(jì)法”）、雙線法、光干涉法、重量溫度計(jì)法等。在所有這些測(cè)試方法中，示差法具有廣泛的實(shí)用意義。本實(shí)驗(yàn)采用示差法。

對(duì)于一般的材料，通常所說(shuō)膨脹系數(shù)是指線膨脹系數(shù)，其意義是溫度升高1℃時(shí)單位長(zhǎng)度上所增加的長(zhǎng)度，單位為℃^-1。

當(dāng)物體的溫度從T₁上升到T₂時(shí)，其體積也從V₁變化為V₂，則該物體在T₁～T₂的溫度范圍內(nèi)，溫度每上升一個(gè)單位，單位體積物體的平均增長(zhǎng)量為平均體膨脹系數(shù)。

從測(cè)試技術(shù)來(lái)說(shuō)，測(cè)體膨脹系數(shù)較為復(fù)雜。因此，在討論材料的熱膨脹系數(shù)時(shí)，常常采用線膨脹系數(shù)。

將試樣裝在裝樣管內(nèi)用頂桿壓住試樣，頂桿與位移傳感器接觸，在加熱爐中，通過(guò)精密溫度控制儀按規(guī)定的升溫速率加熱試樣到實(shí)驗(yàn)最終溫度，并經(jīng)位移傳感器測(cè)量加熱過(guò)程中試樣的線膨脹情況，按下式計(jì)算由室溫至實(shí)驗(yàn)溫度的各溫度間隔的線膨脹系數(shù)：

　　（1-1）

式中　T₀——初始溫度， ℃；

T——實(shí)際（恒定或變化）的試樣溫度， ℃；

L₀——受測(cè)玻璃試樣，在溫度為T時(shí)的長(zhǎng)度，mm；

L——溫度為T時(shí)的試樣長(zhǎng)度，mm。

若標(biāo)稱初始溫度T₀為20℃，平均線性熱膨脹系數(shù)就應(yīng)表示為α（20℃，T）。

膨脹系數(shù)實(shí)際上并不是一個(gè)恒定的值，而是隨溫度變化的，所以上述膨脹系數(shù)都是具有在一定溫度范圍內(nèi)的平均值的概念，因此使用時(shí)要注意它適用的溫度范圍。

三、實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)原料

1.實(shí)驗(yàn)儀器

熱機(jī)分析儀。

2.實(shí)驗(yàn)原料

有機(jī)玻璃（PMMA）。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.試樣及其制備。試樣尺寸應(yīng)為直徑4mm、長(zhǎng)35mm，試樣端面應(yīng)加工，使兩端面平行且平整，并保證其端面與試樣主軸垂直。

2.將試樣放入膨脹試樣室內(nèi)，調(diào)整支架將試樣室放入高溫爐中，裝好位移傳感器和感溫探頭。

3.開(kāi)啟計(jì)算機(jī)，進(jìn)入儀器使用界面，選擇試驗(yàn)類型、載荷（0）、升溫速率、最大變形量（0.5mm）。

4.單擊“開(kāi)始試驗(yàn)”按鈕，儀器自動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)，并顯示試驗(yàn)曲線。

五、數(shù)據(jù)處理

1.根據(jù)原始數(shù)據(jù)繪出待測(cè)材料的線膨脹曲線。

2.按公式計(jì)算被測(cè)材料的平均線膨脹系數(shù)。