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现代材料分析测试技术热重分析法现代材料分析测试技术热重分析法tgatga 热重分析法 Thermogravimetric AnalyzerTGA定义热重分析法是在程序控温下测量物质的质量与温度 关系的一种技术 物质的质量温度程序控温下 G f T 热降解热氧降解降解动力学TGA 仪器结构与测量原理平衡砝码盘微电流放大器光源挡板光电管加热 器磁铁感应线圈支架梁样品盘热电偶影响TGA实验结果的因素1 样品 盘的影响 样品盘一般为惰性材料 铂 陶瓷等 注意碱性试样不能 用石英或陶瓷样品盘 铂对许多有机化合物和某些无机化合物有催 化作用 2 升温速率的影响升温速率越大 所得特征温度越高3 气氛的影响 一般采用动态气氛 热降解用氮气 热氧降解用空气或氧气TG在聚 合物研究中的应用比较不同高聚物的相对热稳定性五种聚合物的TGA 曲线实验条件同一热失重仪上PI PTFE HDPE PMMA PVC 分解温度顺 序为相同测试条件温度范围室温 800o C 升温速率10o C min 流动N2保护聚酰亚胺 PI Polyimide 的结构N C C O O NC COO CH2n PI分子结构中含有大量芳杂环 因而其热稳定性很好 长期使 用温度可达到250o C 短期使用温度可达到450o C聚四氟乙烯 PTFE 1 键能 C F 485 3 C H 414 2 kJ mol 2 聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列 由 于氟原子半径较氢稍大 所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取 向 而是形成一个螺旋状的扭曲链 氟原子几乎覆盖了整个高分子 链的表面 ifuzhao post ptfe properties and applications html C C F F FFn C C H H H H聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA C C H CH3H Cn OOCH3PVC热稳定性最差 这是由它特殊的分子结构所决定的PVC中的 Cl原子与H原子形成了氢键 因为氢键的作用力较弱 因而在较低温 度就可断裂 聚氯乙烯 PVC CC H ClHHn PVC分解分两个阶段的原因420o C左右 由于PVC主链断裂引起 两个相互竞争的反应 分子内环化反应和分子间交联反应 第一阶段 200o C 300o C之间由于大分子链脱HCl引起 第二阶段2增重现象的研究3 材料成分分析 聚合物中的添加剂和杂 质可分为两类一类是挥发性物质 如水和增塑剂等 它们由于分子 量低 一般在树脂分解之前就已分解掉 另一类是无机填料 如SiO 2 碳纤维等 它们热稳定性很高 一般在基体树脂分解以后仍然残 留 因此可以根据各组分失重量计算出它们在样品中的百分含量 SiO2和碳黑填充聚四氟乙烯的TG曲线4 研究聚合物的固化过程酚醛 树脂等温固化曲线 酚醛树脂固化过程中生成小分子H2O脱水失重量 最多的固化温度最佳的固化温度5 材料热老化寿命的估算ln a T b 失重10 所需时间T 温度例化纤助剂215o C和236o C恒温失重 失重10 所需时间分别为282 4min 64min 代入上式 得ln 7 624 103 1 T 13 172由上式可得任何温度时的热寿命6 聚合物热降解和热氧降解 动力学研究热分析联用技术 DTA TGA联用 DSC TGA联用 高温裂解质谱 TGA联用 IR TGA联用 LDPE LLDPE 具有优异的柔韧性和延展性 广泛应用于吹 塑薄膜 制造器皿 挤出管材等 其主要缺点是刚性较差 软化点较低等 纳米SiO2是一种新型无机填料 具有特殊纳米尺寸效应和表面界面 效应 纳米SiO2与LDPE填充共混可提高基体的模量 热稳定性和改善基体 的保温性综合实例纳米SiO2填充LLDPE复合材料的热稳定性和热氧稳 定性研究热稳定性Fig 1TG thermogramsof LLDPEfilled withdifferent nano SiO2content nitrogen atmosphere 1 LLDPE2 U13 U24 U3 基体热稳定性提高的原因 1 纳米SiO2的网状结构对LLDPE的热降解起着阻碍作用 2 纳米刚性粒子影响基体的热传导 致使热降解滞后 热氧稳定性TG thermogramsof LLDPEfilled withdifferent nano SiO2content air atmosphere 1 LLDPE2 U13 U24 U3基体热氧稳