热分析是高分子材料最常用的表征手段之一
塑料、橡胶、涂料这些高分子材料,性能跟温度有强相关性。差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)是两项最基础的热分析技术。
DSC测的是热量变化
DSC(差示扫描量热法,按ISO 11357执行)测量样品在升温或降温过程中的吸热和放热。从DSC曲线上你能读出三个关键温度:玻璃化转变温度Tg、熔融温度Tm、结晶温度Tc。
Tg是非晶态高分子从玻璃态向高弹态转变的温度。PP的Tg在零下10度左右,PC的Tg在147度左右,这就是为什么PC可以做高温零件而PP不行。如果两个批次PP料的Tg差了5度,说明配方可能被换掉了。
Tm是结晶性高分子熔融的温度。从熔融峰面积可以算出结晶度,结晶度直接影响材料的刚度和耐化学性。PE结晶度从50%变到80%,弯曲模量能翻一倍。
TGA测的是质量变化
TGA(热重分析,按ISO 11358执行)看材料在升温过程中重量怎么变。最常见的是在氮气气氛下升温到800度,然后切换到空气烧掉残炭。
从TGA曲线上能看到:水分的挥发(100到150度之间失重)、有机物的分解(200到500度之间)、填料或炭黑的含量(空气中残留部分)。
TGA最常见的实际用途是定量分析配方组分。一个PVC电线电缆料,TGA曲线在280度附近失重对应PVC分解,350到450度对应增塑剂分解,空气切换后的残余对应碳酸钙等填料。
两个方法配合使用
DSC和TGA通常配合使用。DSC告诉你热转变温度,TGA告诉你热稳定性。两者结合,就可以判断材料在加工温度下会不会分解。
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