熱分析在高分子材料中的應(yīng)用

1、熱分析在高分子材料中的應(yīng)用熱分析在高分子材料中的應(yīng)用Prof.M?hlerMr.Knappe譯者：陶詠熱分析是表征材料的基本方法之一，多年以來一直廣泛應(yīng)用于科研和工業(yè)中。近年來在各個領(lǐng)域，特別是高分子材料領(lǐng)域，都有了長足發(fā)展。根據(jù)DINENISO9000標準，熱分析儀器已經(jīng)成為QAQC、工業(yè)實驗室和研究開發(fā)中不可缺少的設(shè)備。使用現(xiàn)代化的熱分析儀器系統(tǒng)，可以使測量操作快速、簡便、可靠。本文以GE公司生產(chǎn)的PCPBT（商品名XenoyCL1

2、01）塑料樣品的測試為例，以德國耐馳（ZSCH）儀器公司出品的差示掃描量熱儀DSC、熱重分析儀TG、動態(tài)熱機械分析儀DMA與熱機械分析儀TMA為測試儀器，簡要闡述了熱分析技術(shù)在高分子工程材料領(lǐng)域的應(yīng)用。差示掃描量熱法（差示掃描量熱法（DSC）是應(yīng)用最廣泛的熱分析技術(shù)之一。在實際應(yīng)用中塑料和橡膠材料的機械性能與其熱性質(zhì)－—玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）、熔融溫度（Tm）、結(jié)晶溫度（Tc）、比熱（Cp）及熱焓值等有一定關(guān)系。氧化誘導(dǎo)期測試（O.I.

3、T）可以給出材料的氧化行為和添加劑影響的信息。高壓DSC可以進一步給出壓力對氧化反應(yīng)、交聯(lián)反應(yīng)和結(jié)晶行為的影響。DSC曲線上熔融峰的形狀可以給出晶粒尺寸分布的信息，熔融焓給出了結(jié)晶度的信息，許多半結(jié)晶的熱塑性材料在熔融溫度前在應(yīng)用溫度范圍都有一個放熱的冷結(jié)晶峰，由此引起的收縮會影響材料的使用。用DSC還可以得到雜質(zhì)和濕度的影響。在程控冷卻中可以得到材料結(jié)晶溫度、結(jié)晶速率以及成核劑和回收材料的影響。第二次加熱曲線能給出材料加工工藝和制備條

4、件的影響。圖1用ZSCHDSC204Phoenix測得的PCPBT保險杠的第一次和第二次加熱DSC曲線。測試條件為動態(tài)氮氣氣氛，氮氣流量20mlmin，加熱速率為10K.min，鋁坩堝加帶孔蓋?？梢詼蚀_測量材料的線膨脹系數(shù)α。和DMA相比，TMA測試時樣品上施加的是靜態(tài)負荷。用針刺模式可以測量油漆層的軟化，用拉伸模式可以測量薄膜和纖維的膨脹。圖3：PCPBT的三個方向的TMA測試結(jié)果（膨脹模式，5cN，3Kmin）圖3是用ZSHTMA2

5、02測試PCPBT保險桿的結(jié)果，膨脹模式，負荷為5cN，升溫速率3Kmin。從圖中可以看到材料的各向異性，平行于流動方向（藍色曲線）有兩步明顯變化，這是PBT的玻璃化轉(zhuǎn)變（50℃）和PE的熔融（106℃）引起的。在145℃可以看到PC的玻璃化轉(zhuǎn)變。垂直于流動方向（紅色曲線）PBT的玻璃化轉(zhuǎn)變在49℃和PE的熔融在115℃，PC的玻璃化轉(zhuǎn)變在149℃。璧厚方向（綠色曲線），材料在30℃開始軟化（PBT的Tg）。從116℃開始，PE部分膨脹

6、很大，在168℃是PC的玻璃化轉(zhuǎn)變。熱重分析（熱重分析（TG）可以表征材料的分解和熱穩(wěn)定性。圖4是用ZSCHTG209C測得的PCPBT保險杠的TG曲線（綠色）和DTG曲線（紅色），敞口白金坩堝，氮氣氣氛（10mlmin），在850℃切換為氧氣氣氛（10mlmin），升溫速率10Kmin。TG曲線顯示材料從376℃開始分解，失重量為57％，這是PBT的分解。DTG曲線上顯示在446℃有一個4.41%失重，這是PE的分解。從470℃開始P