熱分析在高分子材料中的應用

1、熱分析在高分子材料中的應用熱分析在高分子材料中的應用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用于科研和工業(yè)中。近年來在各個領域，特別是高分子材料領域，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在高分子工程材料領域的應用。差示掃描量熱法（差示掃描量熱法（DSC）是應用最廣泛的熱分析技術之一。在實際應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）、結晶溫度（Tc）、比熱（Cp）及熱焓值等有一定關系。氧化誘導期測試（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、交聯(lián)反應和結晶行為的影響。DSC曲線上熔融峰的形狀可以給出晶粒尺寸分布的信息，熔融焓給出了結晶度的信息，許多半結晶的熱塑性材料在熔融溫度前在應用溫度范圍都有一個放熱的冷結晶峰，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晶溫度、結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測試結果（膨脹模式，5cN，3Kmin）圖3是用ZSHTMA2

5、02測試PCPBT保險桿的結果，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