热分析在高分子材料研究中的应用与发展

1、 热分析在高分子材料研究中的应热分析在高分子材料研究中的应用与发展用与发展概述概述 热分析技术热分析技术是一种在温度程序控制下研究材料的各种转变和反应如脱水、结晶、熔融、蒸发、相变等以及各种材料热分解过程和反应动力学问题的分析测试方法。 热分析应用热分析应用较广在于它能够对各种物质提供极其丰富的信息，如熔点、玻璃化温度、软化点、沸点、熔化热、汽化热、结晶热、比热、纯度、爆燃温度、蛋白质变态的测量、水分分布、热平衡、相图制作、晶体微细分布、液晶、固相反应、聚合反应、置换反应、离解反应、异构化反应、分解反应和化学反应动力学过程等。 热分析技术有热分析技术有：热重法、差热分析、差示扫描量热法、热机械

2、分析法和动态机械热分析法等，它们在高分子材料测试的领域都有广泛的应用。 热分析技术的起源热分析技术的起源1899年，英国的Roberts-AustenWC为差热分析仪的原理奠定了基础，他用两对热电偶反向连接，输出的信号用一个镜式检流计显示，研究圆柱形钢样品的热谱图。1915年，日本科学家本多光太郎首次在分析天平的基础上研制出“热天平”，开创了“热重分析”技术。20世纪50年代，由于电子工业的发展，自动控制和自动记录技术开始大量应用，热分析向自动动化、定量化、微型化方向发展，出现了各种商品仪器，大大推动了热重法的进一步发展，1953年Keyser W L D发明了微商热重法。1964年，美国Wa

3、tson E S等人在差热分析技术基础上发明了“差看扫描量热分析”，美国Perkin-Elmer公司率先研制了功率补偿型DSC-1型差示扫描量热仪进而发展并完善了差示扫描量热技术。热分析技术的起源热分析技术的起源 近年来，随着微电子技术的迅速发展和分析软件的不断出现，热分析仪实现了功能综合化、温度程序化、记录自动化和样品微量化，分析精度愈来愈高，从而扩大了其适用的研究领域。虽然热分析起源于一百多年前，但热分析技术广泛应用于聚合物材料，仅仅是三十多年前才开始。热重分析技术在高分子材料中的应用热重分析技术在高分子材料中的应用 热重法热重法是在程序控温下，测量物质的质量随温度(或时间)的变化关系。

4、热重分析仪主要适用于研究物质的相变、分解、化合、脱水、吸附、解析、熔化、凝固、升华、蒸发等现象及对物资作鉴别分析、组分分析、热参数测定和动力学参数测定等。热重分析可以准确的分析出高分子材料中填料的含量。热重分析技术在高分子材料中的应用热重分析技术在高分子材料中的应用 热重分析可以准确的分析出高分子材料中填料的含量填料的含量。根据填料的物理化学特性，可以判断出填料的种类。一般情况下，高分子材料在500左右基本全部分解，因此对于600-800之间的失重，可以判断为碳酸盐的分解，失重量为放出的二氧化碳，可以计算出碳酸盐的含量。剩余量即为热稳定填料的含量，如：玻纤，钛白粉、锌钡白等的含量。热重分析只能

5、得出填料的含量，不能分析出填料的种类，将热重分析残渣进行红外分析，便可判断出填料的种类。差热分析和差示扫描量热法在高分子材差热分析和差示扫描量热法在高分子材料研究中的应用料研究中的应用 差热分析差热分析(DTA)是使试样和参比物在程序升温或降温的相同环境中，测量两者的温度差随温度(或时间)的变化关系。 差示扫描量热法差示扫描量热法(DSC)是使试样和参比物在程序升温或降温的相同环境中，用补偿测量使两者的温度差为零所必须的热量对温度(或时间)的依赖关系。差热分析和差示扫描量热法在高分差热分析和差示扫描量热法在高分子材料研究中的应用子材料研究中的应用 DTA，DSC在高分子材料方面的应用特别广泛，

6、主要用于研究聚合物的相转变，测定结晶度，测试熔点Tm，结晶度Xp，等温结晶动力学参数，玻璃化转变温度Tg以及研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应，并测定反应温度或反应温度区、反应热及一系列反应动力学参数。在玻璃化温度时，高聚物的比热容会发生一个突变，DSC测定Tg就是基于高聚物在Tg转变时比热容增加这一性质进行的。热机械分析法在高分子材料方面的应用热机械分析法在高分子材料方面的应用 热机械分析法热机械分析法(TMA)是在程序温度控制下(等速升温、降温、恒温或循环温度)，测量物质在受非振荡性的负荷(如恒定负荷)时所产生的形变随温度变化的一种技术。美国材料试验学会已把它作为测试塑料的工具之一。热

7、机械分析法在高分子材料方面的热机械分析法在高分子材料方面的应用应用 热机械分析对研究和测量材料的应用范围、加工条件、力学性能等都具有十分重要的意义，可用它来研究高分子材料的热机械性能、玻璃化转变温度Tg、流动温度Tf、软化点、杨氏模量、应力松弛、线性膨胀系数等6。 热机械分析分为静态热机械分析（TMA）和动态热机械分析（DMA）两类。热机械分析法在高分子材料方面的热机械分析法在高分子材料方面的应用应用 TMA在高分子材料中的应用如：环氧树脂的膨胀系数和玻璃化转化温度的测定，嵌段聚氨酯相态结构的研究 DMA能模拟实际使用情况，而且它对玻璃化转变温度(Tg)、结晶、交联、相分离及分子链各层次的运动

8、都十分敏感，所以它是研究高分子材料分子松弛运动行为极为有用的方法，目前已经成为研究高分子性能的重要方法之一。DMA在高分子材料中的应用如：测量Tg、评价短期耐热性和耐寒性、表征材料在某个温度下阻尼性能的好坏、研究共混体系的相容性、老化机理研究及寿命预估等。热分析技术的发展热分析技术的发展 高能化：提高DSC分析技术的灵敏度和效率一直是从事热分析仪器研发工作者所面临的挑战。为提高灵敏度人们提出了一种快速扫描DSC，它能在很宽的温度范围内实现快速的升降温扫描，从而具有比传统DSC高10倍以上的灵敏度和效率。由于实现了快速扫描，熔融过程中的再结晶现象和熔融后的分解现象可以基本消除，因此也消除了由此引

9、起的未知热现象。热分析技术的发展热分析技术的发展 调制调制DSC(MDSC)技术技术：MDSC与DSC的区别从原理上是加热方法的改变，即MDSC在传统DSC线性升温程序上叠加一个周期性正弦变化的加热程序(调制信号)，从结果上是传统DSC只能得到单一的信号，而MDSC在得到该信号的同时还获得更多的信息，解释更多现象。主要表现在：将复杂转变分解为更容易理解的成分；提高检测弱转变的灵敏度；在不损失灵敏度的前提下，提高分辨率；直接测量热容；更准确的结晶度测量等。热分析技术的发展热分析技术的发展 先进材料的发展对材料热学性能和结构之间的关系提出了更高的要求，单靠一种技术或方法难以获得完整的科学信息。结合热分析仪和其他仪器的特点和功能实现联用在线分析，扩大分析内容，是现代热分析技术的一个发展趋势扩大分析内容，是现代热分