高分子材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測試方法

玻璃化轉(zhuǎn)變是非晶態(tài)高分子材料固有的性質(zhì)，是高分子運動形式轉(zhuǎn)變的宏觀體現(xiàn)，它直接影響到材料的使用性能和工藝性能。目前檢測玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的方法主要以下三種：差示掃描量熱法、靜態(tài)熱機械分析法、動態(tài)熱機械分析法。

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測試方法介紹

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是指聚合物由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)或玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)所對應(yīng)的溫度。從分子結(jié)構(gòu)上講，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是高聚物無定形部分從凍結(jié)狀態(tài)到解凍狀態(tài)的一種松弛現(xiàn)象。玻璃化轉(zhuǎn)變是非晶態(tài)高分子材料固有的性質(zhì)，是高分子運動形式轉(zhuǎn)變的宏觀體現(xiàn)，它直接影響到材料的使用性能和工藝性能，因此它是高分子物理研究的主要內(nèi)容之一。目前檢測玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的方法主要以下三種：差示掃描量熱法(DSC)、靜態(tài)熱機械分析法(TMA)、動態(tài)熱機械分析法(DMA)。

差示掃描量熱法(DSC)

DSC表征材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是測量材料的比熱容隨溫度的變化，Tg前后比熱容會發(fā)生較大變化，根據(jù)曲線可以確定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度通常是一個吸熱方向的臺階，玻璃化轉(zhuǎn)變是一個區(qū)域，此法通常以與兩條外推基線的距離相等的線與曲線的交點作為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。下圖是DSC測試得到的曲線，我們常說的Tg溫度是與兩條外推基線距離相等的線與曲線的交點。

DSC測試Tg具有操作及制樣都非常簡單的優(yōu)點，但是對于一些熱效應(yīng)比較小的樣品，很難獲得Tg溫度，而且受熱歷史及固化反應(yīng)的影響較大。

靜態(tài)熱機械分析法(TMA)

TMA法是依據(jù)聚合物在一定外力作用下，不同溫度下表現(xiàn)出的形變不一樣，在溫度-形變曲線上玻璃化轉(zhuǎn)變溫度處會有明顯的轉(zhuǎn)折，由此來確定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。下圖是TMA測試得到的曲線，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度通常是指發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變前后，在測量方向上尺寸隨溫度變化曲線的切線交點。

TMA適合測試固體及薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，對制樣有一定的要求，通常會受熱歷史及是否有軟化點的影響，不適合填充材料的測試。

動態(tài)熱機械分析法(DMA)

DMA法是利用聚合物在玻璃化轉(zhuǎn)變過程中粘彈性將發(fā)生很大的改變，儲存模量急劇下降得到相應(yīng)的曲線來確定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的。下圖是DMA測試得到的曲線，可以看到在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)域，儲存模量急劇下降直至穩(wěn)定的平臺，通過曲線的切線的交點可以得到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

DMA具有很高的靈敏度，能測到非常微弱的二次松弛過程，因此適合高結(jié)晶、高交聯(lián)的復(fù)合材料或填充材料的的測定。但是DMA制樣要求高，測試時間長，且夾具類型會影響測試結(jié)果，另熱歷史對結(jié)果也會產(chǎn)生影響。

以上三種方法均為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測試方法，不同的方法得到的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是沒法比較的，因為不同方法原理不一樣，且玻璃化轉(zhuǎn)變是一個溫度區(qū)域內(nèi)發(fā)生的，而不是發(fā)生于某一點(測試時取哪一點作為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度點，一般參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn))，因此測試方法選擇需要根據(jù)方法特點及樣品情況來進(jìn)行評估，表征結(jié)果時需注明測試方法及測試條件。