厦门大学材料学院 考研复试 材料测试方法 11 热重分析

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1、第三章热分析ThermalAnalysis第三节热重法样品在热环境中发生化学变化、分解、成分改变时可能伴随着质量的变化。热重分析就是在不同的热条件（以恒定速度升温或等温条件下延长时间）下对样品的质量变化加以测量的动态技术。热重法(Thermogravimetry,TG)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。热重分析的结果用热重曲线(Curve)或微分热重曲线表示。W＝f（T或t)一、基本原理在加热情况下称重本多式热天平现代热重仪的基本原理仍是热天平热天平示意图TG分类根据测量质量变化的方

2、法不同，热天平分为：⑴零位法（零位式）质量变化曲线——TG曲线（质量—温度、质量保留百分率—温度或失重百分率—温度）微商热重法（DTG，质量变化率—温度或时间）W%dW/dt(dW/dT)t（T)⑵变位法（偏斜式）热重试验的曲线（CURVE）解析在热重试验中，试样质量W作为温度T或时间t的函数被连续地记录下来，TG曲线表示加热过程水分起始中样品失重累积量，为积分型曲可燃烧物线；DTG曲线是TG曲线对温度或时间的一阶导数，即质量变化填料及灰分率，dW/dT或dW/dt。填充尼龙的TG曲线1001.0ABG–1.080–3.060(%)(%/min)–5.0

3、40–7.0质量分数20一阶导数–9.0CTpH0–11.00100200T400500T700ifT(K)DTG曲线上出现的峰指示质量发生变化，峰的面积与试样的质量变化成正比，峰顶与失重变化速率最大处相对应。1001.0ABG–1.080–3.060(%)(%/min)–5.040–7.0质量分数20一阶导数–9.0CTpH–11.000100200T400500T700ifT(K)TG曲线上质量基本不变的部分称为平台，两平台之间的部分称为台阶。B点所对应的温度T是指累积质量变化达到能i被热天平检测出的温度，称之为反应起始温度。C点所对应的温度T是指累积质

4、量变化达到最大的温度(TG已检测不出f质量的继续变化)，称之为反应终了温度。1001.0ABG–1.080–3.060(%)(%/min)–5.040–7.0质量分数20一阶导数–9.0CTpH–11.000100200T400500T700ifT(K)反应起始温度T和反应终了温度T之间的温度区间称反应区间。if亦可将G点取作T或以失重达到某一预定值(5%、10%等)时的i温度作为T，将H点取作T。T表示最大失重速率温度，对应ifpDTG曲线的峰顶温度。二、实验技术（一）实验条件对TG的影响1.升温速率无机材料：10～20℃/min；有机和高分子材料：5～

5、10℃/min2.样品量样品量少、粒度细、铺平3.气氛（静态、动态）真空空气二氧化碳二、实验技术（二）仪器因素的影响1.震动办法：严格防震2.浮力办法：做空白实验（空载热重实验），画出校正曲线3.挥发物冷凝办法：使用较浅的试样皿01.升温速度升温速度越快，温度滞后越大，T及T越高，反应0.422.51040100240480K／minif失重（％）温度区间也越宽。对于无机材料试样，建议采用的升温10070080090010001100℃速度一般为10～20K·min-1。温度(℃)有机和高分子材料：5～10℃/min2．气氛常见的气氛有空气、O、2C

6、aCOCaO+CO↑32N、He、H、CO、Cl和水2222蒸气等。样品所处气氛的不同失重真空空气CO导致反应机理的不同。气氛与2样品发生反应，则TG曲线形1mg状受到影响。例如PP使用N2时，无氧化增重。气氛为空气40060080010001200温度(℃)时，在150-180C出现氧化增重。应考虑气氛与热电偶、试样容器或仪器的元部件有无化学反应，是否有爆炸和中CaCO3CaO+CO2↑毒的危险等。气氛处于静态、还是动态，对试验结果也有失重真空空气CO很大影响。2气氛处于动态时应注意其1mg流量对试样的分解温度、测温精度和TG谱图的形状等的40060

7、080010001200影响，一般气流速度40-温度(℃)50ml/min。3．样品的粒度和用量大用量样品的粒度不宜太大、ΔW小用量装填的紧密程度适中为好。同批试验样品，每一样品的粒度和装填紧密程度要一致。温度→4．试样皿（坩锅）试样皿的材质有玻璃、铝、陶瓷、石英、金属等，应注意试样皿对试样、中间产物和最终产物应是惰性的。如聚四氟乙烯类试样不能用陶瓷、玻璃和石英类试样皿，因相互间会形成挥发性碳化物。白金试样皿不适宜作含磷、硫或卤素的聚合物的试样皿，因白金对该类物质有加氢或脱氢活性。二、实验技术（三）温度和称重的校准1.温度⑴采用标准物质的分解温度；温度校准

8、曲线，计算出相对误差。（草酸Td＝118℃）⑵采用标