热分析技术原理及其在高分子领域中的应用.docx

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1、热分析技术原理及其在高分子领域中的应用摘要：阐述了热分析技术发展的基本概况，重点介绍了差示扫描量热法、热重分析法、静态热机械分析法、动态热机械分析法的基本原理及进展，并指出了热分析技术在高分子领域中的应用。关键词：热分析；高分子；DSC；TGA；TMA热分析是在程序控制温度下，测量样品的物理性质随温度或时间变化的一组技术。这里所说的温度程序可包括一系列的程序段，在这些程序段中可对样品进行线性速率的加热、冷却或在某一温度下进行恒温。所谓受控程序温度一般是指线性升温或线性降温，当然也包括恒温、循环或非线性升温、降温。也就是把温度看作是时间的函数在这些实验中，实验的气氛也常常扮演着很

2、重要的作用，最常使用的气体是惰性和氧化气体。近半个世纪来，高分子聚合物的发展突飞猛进，许多金属制品和部件已由高分子聚合物所替代。除了工业应用外，高聚物还应用于生物医学工程,制造各种生物功能器官。随着高分子材料合成工业的发展及高分子聚合物应用领域的拓展，对聚合物材料的种类、性能提出了更新、更高、更多的要求，特别是汽车、信息、家电、建筑、国防、各种高尖端领域对工程塑料、塑料合金的需求量越来越大。为了研制新型的高分子聚合物与控制高聚物的质量和性能，测定高聚物的熔融温度、玻璃化转变温度、混合物和共聚物的组成、热历史以及结晶度等是比不可少的。在这些参数的测定中，热分析（特别是其中的DSC

3、）是主要的分析工具。（一）差示扫描量热，DSC差示扫描量热法是在程序控制温度下，测量输入到样品和参比样的热流差随温度（时间）变化的一种技术。该热流差能反映样品随温度或时间变化所发生的焓变：当样品吸收能量时，焓变为吸热；当样品释放能量时，焓变为放热。在DSC曲线中，对诸如熔融、结晶、固-固相转变和化学反应等的热效应呈峰形；对诸如玻璃化转变等的比热容变化，则呈台阶形。典型的半结晶聚合物的DSC曲线：1.与样品热容成比例的初始偏移2.无热效应时DSC曲线的基线3.无定形部分的玻璃化转变4.冷结晶峰5.结晶部分的熔融峰6.在空气下开始氧化降解（二）热重分析，TGA热重分析是在程序控制温

4、度下，在设定气氛下测量样品的质量随温度度或时间变化的一种技术。质量的变化可采用高灵敏度的天平来记录。样品在加热过程中产生的气相组分可通过联用技术如TGA-MS、TGA-FTIR进行逸出气体分析（EGA）。TGA851e的同步SDTA技术能同步提供样品的吸热或放热效应的DTA信号。热重分析能提供下列结果：易挥发性成分（水分、溶剂）、聚合物、碳黑或碳纤维组分、灰分或填充组分的组分分析；聚合物样品的高温分解的机理、过程和动力学。聚合物的典型TGA曲线包括如下重量阶梯：1.挥发物（水分、溶剂和单体）2.聚合物分解3.气氛变化4.碳的燃烧（碳黑或碳纤维）5.残余组分（灰分、填料、玻璃纤维

5、）（三）静态热机械分析，TGA静态热机械分析是用来测量在程序温度下，样品的尺寸随温度或时间变化的一种技术。经典的TMA实验测量样品的负载是在恒定负载下。在我们的TMA仪器中，不仅可施加恒定的负载，还可施加一周期性变化的负载，我们称之为动态负载TMA，即DLTMA。DLTMA能提供聚合物的粘弹行为的信息。TMA能提供：软化温度、加热时的尺寸稳定性、粘弹行为；线胀系数，玻璃化转变，由同质多晶现象引起的体积变化，纤维或薄膜的收缩和膨胀。聚合物在小的压缩负载下的典型TMA曲线：1.玻璃化转变之前的膨胀2.玻璃化转变温度（斜率的变化）3.玻璃化转变之后的膨胀4.塑性形变（四）动态热机械分

6、析，DMA动态热机械分析是在程序控制温度下，测量样品在周期性振动负载下的动态模量和阻尼随温度和时间变化的一种技术。在研究和控制高聚物力学性能中，DMA是最有用的工具之一。聚合物的典型DMA曲线：1.玻璃态2.橡胶态（高弹态）3.粘流态DMA能提供聚合物材料以下的重要信息：粘弹行为、松弛行为、玻璃化转变、机械模量、阻尼行为、软化、粘性流动、结晶和熔化、相分离、凝胶化、形态变化、共混物的组成、填充物的作用、材料缺陷、固化反应、交联反应等。（五）热分析技术在聚合物中的应用近半个世纪来，高分子聚合物的发展突飞猛进，许多金属制品和部件已由高分子聚合物所替代。除了工业应用外，高聚物还应用于

7、生物医学工程,制造各种生物功能器官。随着高分子材料合成工业的发展及高分子聚合物应用领域的拓展，对聚合物材料的种类、性能提出了更新、更高、更多的要求，特别是汽车、信息、家电、建筑、国防、各种高尖端领域对工程塑料、塑料合金的需求量越来越大。为了研制新型的高分子聚合物与控制高聚物的质量和性能，测定高聚物的熔融温度、玻璃化转变温度、混合物和共聚物的组成、热历史以及结晶度等是比不可少的。在这些参数的测定中，热分析（特别是其中的DSC）是主要的分析工具。1、聚合物的玻璃化转变温度Tg及共聚共混物相容性①