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(lái)一直廣泛應(yīng)用于科研和工業(yè)中。近年來(lái)在各個(gè)領(lǐng)域，特別是高分子材料領(lǐng)域，都有了長(zhǎng)足發(fā)展。根據(jù)DINENISO9000標(biāo)準(zhǔn)，熱分析儀器已經(jīng)成為QAQC、工業(yè)實(shí)驗(yàn)室和研究開(kāi)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(cè)量操作快速、簡(jiǎn)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(cè)試為例，以德國(guó)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(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀DMA與熱機(jī)械分析儀TMA為測(cè)試儀器，簡(jiǎn)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(shí)際應(yīng)用中塑料和橡膠材料的機(jī)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(cè)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(jìn)一步給出壓力對(duì)氧化反應(yīng)、交聯(lián)反應(yīng)和結(jié)晶行為的影響。DSC曲線(xiàn)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(gè)放熱的冷結(jié)晶峰，由此引起的收縮會(huì)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(xiàn)能給出材料加工工藝和制備條

4、件的影響。圖1用ZSCHDSC204Phoenix測(cè)得的PCPBT保險(xiǎn)杠的第一次和第二次加熱DSC曲線(xiàn)。測(cè)試條件為動(dòng)態(tài)氮?dú)鈿夥眨獨(dú)饬髁?0mlmin，加熱速率為10K.min，鋁坩堝加帶孔蓋?？梢詼?zhǔn)確測(cè)量材料的線(xiàn)膨脹系數(shù)α。和DMA相比，TMA測(cè)試時(shí)樣品上施加的是靜態(tài)負(fù)荷。用針刺模式可以測(cè)量油漆層的軟化，用拉伸模式可以測(cè)量薄膜和纖維的膨脹。圖3：PCPBT的三個(gè)方向的TMA測(cè)試結(jié)果（膨脹模式，5cN，3Kmin）圖3是用ZSHTMA2

5、02測(cè)試PCPBT保險(xiǎn)桿的結(jié)果，膨脹模式，負(fù)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(dòng)方向（藍(lán)色曲線(xiàn)）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(dòng)方向（紅色曲線(xiàn)）PBT的玻璃化轉(zhuǎn)變?cè)?9℃和PE的熔融在115℃，PC的玻璃化轉(zhuǎn)變?cè)?49℃。璧厚方向（綠色曲線(xiàn)），材料在30℃開(kāi)始軟化（PBT的Tg）。從116℃開(kāi)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(cè)得的PCPBT保險(xiǎn)杠的TG曲線(xiàn)（綠色）和DTG曲線(xiàn)（紅色），敞口白金坩堝，氮?dú)鈿夥眨?0mlmin），在850℃切換為氧氣氣氛（10mlmin），升溫速率10Kmin。TG曲線(xiàn)顯示材料從376℃開(kāi)始分解，失重量為57％，這是PBT的分解。DTG曲線(xiàn)上顯示在446℃有一個(gè)4.41%失重，這是PE的分解。從470℃開(kāi)始P