高分子材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)試方法

高分子材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)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(yùn)動(dòng)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(cè)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(jī)械分析法、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析法。

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)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(duì)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(yùn)動(dòng)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(cè)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(jī)械分析法(TMA)、動(dòng)態(tài)熱機(jī)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(cè)量材料的比熱容隨溫度的變化，Tg前后比熱容會(huì)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(gè)吸熱方向的臺(tái)階，玻璃化轉(zhuǎn)變是一個(gè)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(diǎn)作為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。下圖是DSC測(cè)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(diǎn)。

DSC測(cè)試Tg具有操作及制樣都非常簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)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(jī)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(huì)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(cè)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(cè)量方向上尺寸隨溫度變化曲線的切線交點(diǎn)。

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

動(dòng)態(tài)熱機(jī)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(chǔ)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(cè)試得到的曲線，可以看到在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)域，儲(chǔ)存模量急劇下降直至穩(wěn)定的平臺(tái)，通過曲線的切線的交點(diǎn)可以得到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

DMA具有很高的靈敏度，能測(cè)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(cè)定。但是DMA制樣要求高，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，且夾具類型會(huì)影響測(cè)試結(jié)果，另熱歷史對(duì)結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生影響。

以上三種方法均為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)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?yàn)椴煌椒ㄔ聿灰粯?，且玻璃化轉(zhuǎn)變是一個(gè)溫度區(qū)域內(nèi)發(fā)生的，而不是發(fā)生于某一點(diǎn)(測(cè)試時(shí)取哪一點(diǎn)作為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)，一般參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn))，因此測(cè)試方法選擇需要根據(jù)方法特點(diǎn)及樣品情況來進(jìn)行評(píng)估，表征結(jié)果時(shí)需注明測(cè)試方法及測(cè)試條件。