硫化橡膠脆性溫度的3種測(cè)量方法

高分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（通常稱(chēng)為T(mén)g），定義為高分子材料從硬脆的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浀?，?lèi)似橡膠的高彈態(tài)時(shí)的溫度。一般而言，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是熱塑性塑料的使用上限溫度，是橡膠或者彈性體的使用下限溫度。

無(wú)定型的非晶聚合物通常只有一個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；而對(duì)于結(jié)晶聚合物而言，通常會(huì)存在一個(gè)熔點(diǎn)（Tm）和一個(gè)典型的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，因?yàn)閷?duì)于結(jié)晶型聚合物而言，通常不會(huì)達(dá)到結(jié)晶，其中仍含有無(wú)定形部分。

測(cè)量出材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度非常重要，因?yàn)檫@個(gè)溫度值不僅會(huì)涉及到材料的性能，決定材料的用途外，還能夠用于工業(yè)質(zhì)量控制及產(chǎn)品研發(fā)。對(duì)于聚合物材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)量通常有三種方法：

01 差示掃描量熱法（DSC）

對(duì)于大多數(shù)高分子材料而言，這可能是傳統(tǒng)也常用的測(cè)量方法了。其原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是通過(guò)程序控制溫度的變化，在溫度變化的同時(shí)，測(cè)量試樣和參比物的功率差(熱流率)與溫度的關(guān)系，進(jìn)而得到測(cè)試材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

根據(jù)測(cè)量設(shè)備的不同，差示掃描量熱法適用于許多高分子材料，既包括熱塑性的，也包括熱固性的。

影響材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的因素

對(duì)于上述提及的幾種技術(shù)，都會(huì)存在一些影響脆性溫度測(cè)量結(jié)果的因素。

對(duì)于差示掃描量熱法（DSC）而言，程序升溫速度以及測(cè)試材料的熱歷史都是影響終測(cè)試結(jié)果的重要因素。此外，對(duì)于某些材料，DSC并不會(huì)非常靈敏的顯示出足夠大的轉(zhuǎn)變，因此也就不能地計(jì)算后的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)量值。

對(duì)于熱機(jī)械分析法（TMA）而言，影響玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)量結(jié)果的因素主要為升溫速率和探針施加的負(fù)荷

對(duì)于動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析法（DMA），影響玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的因素就相當(dāng)多了。如前面所說(shuō)，利用這種方法，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的確定通常有對(duì)應(yīng)的三種取法，分別為儲(chǔ)存模量曲線上的ONSET溫度值、損耗模量曲線和損耗因子曲線上的峰值溫度。這三種取值方法都有效可行，但卻會(huì)產(chǎn)生不一樣的結(jié)果。此外，不同的振蕩模式、不同的升溫速度、頻率等都會(huì)影響到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)量結(jié)果。

使用脆性溫度進(jìn)行質(zhì)量控制

上述幾種技術(shù)都經(jīng)常用于產(chǎn)品的質(zhì)量控制過(guò)程。

差示掃描量熱法更多的是用在實(shí)驗(yàn)室（樹(shù)脂生產(chǎn)廠實(shí)驗(yàn)室或者委托檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室等）內(nèi)，測(cè)試對(duì)象一般為常見(jiàn)的熱塑性材料、無(wú)定形非晶材料，例如聚碳酸酯（PC）、聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（ABS）以及丙烯酸等。

熱機(jī)械分析法（TMA）一般適用于熱固性材料以及用于航空航天領(lǐng)域的復(fù)合材料的質(zhì)量控制過(guò)程中。

動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析法（DMA）在質(zhì)量控制方面的應(yīng)用則更加廣泛，尤其適用于復(fù)合材料的質(zhì)量控制過(guò)程，復(fù)合材料在投入到終使用前一般都會(huì)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢查測(cè)試過(guò)程，以控制其物理力學(xué)性能，利用DMA測(cè)量高分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是一項(xiàng)很常規(guī)的測(cè)試，主要是為了確定材料性能是否與預(yù)期的一致。

  利用上述幾種測(cè)試方法得到的數(shù)據(jù)的可靠性及精度與所用儀器的維護(hù)和校正程度緊密相關(guān)。

校正——以動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析法為例

利用動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析法測(cè)量材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，不同的測(cè)試操作以及對(duì)儀器進(jìn)行不一樣的校正工作都會(huì)造成終測(cè)量結(jié)果有所偏差。

動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析法的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有很多種可以選擇，例如ASTM、ISO、MIL、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及客戶(hù)要求的特殊標(biāo)準(zhǔn)等。在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試者需要注意這幾項(xiàng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)里面會(huì)有一些差別。

當(dāng)利用動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析法測(cè)量材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，能夠顯著影響測(cè)量結(jié)果的變量主要有：夾具類(lèi)型（如三點(diǎn)彎曲，單懸臂等）、升溫速度、頻率、凈化氣體類(lèi)型以及氣體流速、材料的熱擴(kuò)散系數(shù)以及熱電偶的安放位置等。

利用各種技術(shù)測(cè)量高分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度具有非常重要的意義，但如前所述，采用不同的測(cè)試技術(shù)，得到的結(jié)果也不盡相同，因此，在產(chǎn)品的質(zhì)量控制過(guò)程中，一定要清楚采用的是哪種測(cè)量方法，對(duì)于不同測(cè)試技術(shù)測(cè)得的不同結(jié)果需要認(rèn)真加以分析判斷。