材料热分析-热重分析

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1、材料热分析一、热分析技术及分类国际热分析协会（ICTA）热分析定义：热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质随温度变化的一类技术。程序控制温度：指用固定的速率加热或冷却。物理性质：包括物质的质量、温度、热焓、尺寸、机械、声学、电学及磁学性质等。热分析历史1780年英国的Higgins使用天平研究石灰粘结剂和生石灰受热重量变化。1915年日本的本多光太郎提出“热天平”概念。40年代末商业化电子管式差热分析仪问世。1964年Watson提出“差示扫描量热”的概念。热分析已经形成一类拥有多种检测手段的仪器分析方法。热分析技术分类物理性质分析技术名称物

2、理性质分析技术名称质量热重法尺寸热膨胀法等压质量变化测定力学特性热机械分析逸出气体分析动态热机械分析放射热分析声学特性热发声法热微粒分析热声学法温度加热曲线测定光学特性热光学法差热分析电学特性热电学法热量差示扫描量热法磁学特性热磁学法热分析四大支柱差热分析、热重分析、差示扫描量热分析、热机械分析——用于研究物质的晶型转变、融化、升华、吸附等物理现象以及脱水、分解、氧化、还原等化学现象。——快速提供被研究物质的热稳定性、热分解产物、热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻璃化温度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高聚物的表征及结构性能等。热重分析（The

3、rmogravimetricAnalysis,TGA）——是在程序控温下，测量物质的质量与温度或时间的关系的方法，通常是测量试样的质量变化与温度的关系。——定量性强。——静态法和动态法。二、热重分析静态法——等压质量变化测定：在程序控制温度下，测量物质在恒定挥发物分压下平衡质量与温度关系的一种方法。——等温质量变化测定：在恒温条件下测量物质质量与温度关系的一种方法。——准确度高，费时。动态法——热重分析、微商热重分析。——热重分析：在程序升温下，测定物质质量变化与温度的关系。——微商热重分析（Derivativethermogravimetry，D

4、TG）。1、热重曲线（TG曲线）——记录质量变化对温度的关系曲线——纵坐标是质量——横坐标为温度或时间微商热重曲线（DTG曲线）——表示重量随时间的变化率(dW/dt)，——纵坐标是失重速率。——横坐标为温度或时间。钙、锶、钡水合草酸盐的TG曲线与DTG曲线2、影响TG曲线的因素仪器因素——浮力、试样盘、挥发物的冷凝等；实验条件——升温速率、气氛等；试样的影响——试样质量、粒度等。（1）浮力及对流的影响——浮力影响：573K时浮力约为常温的1/2，1173K时为1/4左右。——热天平内外温差造成的对流会影响称量的精确度。——浮力和对流引起热重曲线

5、的基线漂移(2)试样盘的影响试样盘的影响包括盘的大小形状和材料的性质等。试样盘的影响包括盘的大小形状和材料的性质等。盘的大小形状主要影响热传导和热扩散。试样盘应是惰性材料制作的，常用的材料有铂、铝、石英和陶瓷等。(3)挥发物冷凝的影响试样受热分解或升华，逸出的挥发物往往在热重分析仪的低温区冷凝，这不仅污染仪器，而且使实验结果产生严重的偏差。尤其是挥发物在支撑杆上的冷凝，会使测定结果毫无意义。(4)温度测量上的误差在热重分析仪中，由于热电偶不与试样接触，显然试样真实温度与测量温度之间是有差别的，另外，由升温和反应所产生的热效应往往使试样周围的温度

6、分布紊乱，而引起较大的温度测量误差(5)升温速率的影响升温速率越大，所产生的热滞后现象越严重，往往导致热重曲线上的起始温度Ti和终止温度Tf偏高。在热重曲线中，中间产物的检测是与升温速率密切相关的，升温速率快往往不利于中间产物的检出，因为TG曲线上的拐点很不明显。不同升温速率对PS热重曲线的影响(6)气氛的影响热重法通常可在静态气氛或动态气氛下进行测定。为了获得重复性好的实验结果，一般在严格控制的条件下采用动态气氛。气氛对TG曲线的影响与反应类型，分解产物的性质和所通气体的类型有关。聚丙烯在空气中和氮气中的TG曲线（7）试样因素——试样用量、粒度

7、、热性质及装填方式等。——用量大，因吸、放热引起的温度偏差大，且不利于热扩散和热传递。——粒度细，反应速率快，反应起始和终止温度降低，反应区间变窄。粒度粗则反应较慢，反应滞后。——装填紧密，试样颗粒间接触好，利于热传导，但不利于扩散或气体。要求装填薄而均匀，无机物及有机物的脱水和吸湿；无机物及有机物的聚合与分解；矿物的燃烧和冶炼；金属及其氧化物的氧化与还原；物质组成与化合物组分的测定；煤、石油、木材的热释；物料的干燥及残渣分析；升华过程；液体的蒸馏和汽化；吸附和解吸；催化活性研究；固态反应；金属的腐蚀；反应动力学研究，反应机理研究；新化合物的发现。

8、3、热重分析的应用（1）材料成分测定添加填料的聚苯醚热重曲线聚苯醚65.31％、含碳量29.50％、残渣含量为5.44％N