聚合物近代测试及表征DTA、DSC、TG、DTG..共37页文档
聚合物的差热分析(DTA)和差动热分析(DSC)
实验 聚合物的差热分析(DTA )和差动热分析(DSC)一、实验目的1.了解聚合物差热分析(DTA)和差动热分析(DSC)的基本原理和应用,及相互间的差别。
2.初步掌握解释聚合物DTA 和DSC 热谱图的方法。
3.了解CDR-4P 差热分析仪的构造原理、基本操作。
4.熟练掌握使用CDR-4P 差热分析仪分别测量聚合物差热分析(DTA)和差动热分析(DSC)。
二、实验原理热分析是测量在受控程序温度条件下,物质的物理性能随温度变化的函数关系的一组技术。
目前热分析已经发展成为系统的分析方法,它对于材料的研究是一种极为有用的工具,特别是在高聚合物的分析测定方面应用更为广泛。
它不仅能获得结构方面的信息,而且还能测定性能,热分析仪已成为从事材料测试的实验室必备的仪器。
差热分析是测定试样在受热(或冷却)过程中,由于物理变化或化学变化所产生的热效应来研究物质转化及化学反应的一种分析方法,(即在程序温度下,测量物质与参比物的温度差值△T 与温度的函数关系。
△T 向上为放热反应,向下为吸热反应)简称DTA (Differential Thermal Analysis )。
可用于测定物质在热反应时的特征温度及吸热或放出的热量,包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等,尤其在聚合物(如聚烯烃、玻璃钢等)的热分析方面有重要意义。
差动热分析(DSC) 也叫做示差扫描热量法(Differential Scanning Calorimetry ),是在程序温度下,测量物质与参比物的功率差值△W 与温度的函数关系。
是和DTA 在应用上相近而在原理上稍有改进的一种热分析技术。
差动热分析仪CDR-4P 用于测定物质在热反应时的特征温度及吸热或放出的热量,包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应,广泛应用于无机、硅酸盐、陶瓷、矿物金属、航天耐温材料等领域。
是无机、有机、特别是高分子聚合物、玻璃钢等方面热分析的重要仪器。
聚合物三种Tg测试方法(DSC,DMA,TMA)
聚合物三种Tg测试⽅法(DSC,DMA,TMA)The thermal properties of polymeric materials are important to the function of components and assemblies that will operate in warm environments. Glass Transition Temperature (referred herein as Tg) is the point at which a material goes from a hard brittle state to a soft rubbery state. Amorphous polymers only have a Tg. Crystalline polymers exhibit a Tm (melt temperature) and typically a Tg since there is usually an amorphous portion as well ("semi"-crystalline). Identifying the Tg of polymers is of interest for various reasons, but is most often used for quality control and research and development.There are three general techniques for measuring Tg:Differential Scanning Calorimetry (DSC) – This is probably the most traditional and common technique for most polymeric materials. Simply stated, DSC utilizes a heat flow technique and compares the amount of heat supplied to the test sample and a similarly heated "reference" to determine transition points. Tg is typically calculated by using a half-height technique in the transition region. The heating rate and sample heat history are a couple of factors that may affect the test result. Depending on the equipment capability, DSC can be used for a wide range of thermoplastic and thermoset polymers. For materials that have broad Tg's, DSC may not be sensitive enough to show a large enough transition for calculation purposes.Thermal Mechanical Analysis (TMA) – TMA is used to measure Coefficient of Thermal Expansion (CTE) of polymers. TMA uses a mechanical approach for measuring Tg. A sensitive probe measures the expansion of the test specimen when heated. Polymers typically expand as temperature is increased. From the expansion curve, a CTE canbe calculated over a temperature range. If a material goes through a Tg during a TMA test, the curve shape changes significantly and Tg can be calculated by using an onset technique. Amorphous polymers would typically not utilize the TMA approach because the material would soften to the point where the probe penetrates into the sample. Samples that remain somewhat rigid through Tg would be good candidates for Tg by TMA. The heating rate chosen can affect the Tg. Dynamic Mechanical Analysis (DMA) – DMA is probably the most sensitive technique (of the discussed methods)for Tg analysis. DMA measures the response of a material to an applied oscillatory strain (or stress), and how that response varies with temperature, frequency, or both. DMA is able to separate and measure the elastic and viscous components of polymers. How the material responds to the temperature increase can be illustrated by various means on the DMA graph. There are three typical approaches for reporting Tg by DMA. All techniques are viable but may yield different results. Several results may include: 1) Onset of the storage modulus curve; 2) Peak of the loss modulus curve; and/or 3) Peak of the Tan Delta curve.There also are different modes of oscillation used for DMA such as torsional, single and dual cantilever, tension, compression, three-point bend and compression. Various heating rates, frequencies and strains can be utilized as well. All of these variables can affect the Tg. Compared to DSC, DMA can be 10 to 100 times more sensitive to the changes occurring at the Tg. DMA is useful for polymers with difficult to find Tg's such as epoxies, polymers with Tg's well below ambient temperature and highly crosslinked polymers. It is important to note Tg by DMA can vary significantly from one reporting technique to the next.As you can see there are various approaches to obtain Tg of polymeric materials. Sometimes trial and error has to be used to see what technique is best. It is extremely important to know which technique and test parameters were used to determine Tg if comparing back to historical data. Similarly, if testing to a specification or industry standard, the technique and test parameters must be well defined. Even within a test technique, the means of obtaining the Tg can be performed various ways and the result can vary significantly. The Tg by DSC, TMA or DMA rarely will be the same and can vary by as much as 20°C or more.转⾃:Techniques for Obtaining Glass Transition Temperature of Polymeric Materials原⽂后⾯有条评论可以看看:DMA is probably the best equipment for this. It is typically preferable to have homogenous specimens for DMA testing, but it is unlikely DSC or TMA is going to be able to detect the Tg of the FRP or the Silicone. Since you have a multi-layer specimen, there may be some challenges in obtaining the Tg of both components. Depending on your objective, you may need to isolate the silicone layer from the FRP and test them separately.另外,我看了⼀家⽇本卖测试仪器的,对这些指标也做了些介绍,有兴趣可以看看。
聚合物的热谱分析——差示扫描量热法(DSC)-化学实验中心
聚合物的热谱分析——差示扫描量热法(DSC)一、实验目的1.了解DTA、DSC的原理。
2.掌握用DTA、DSC测定聚合物的T g、T c、T m、X D。
二、实验原理1.DTA图(11-1)是DTA的示意图。
通常由温度程序控制、气氛控制、变换放大、显示记录等部分所组成。
比较先进的仪器还有数据处理部分。
温度程序控制是使试样在要求的温度范围内进行温度控制,如升温、降温、恒温等,它包括炉子(加热器、制冷器等)、控温热电偶和程序温度控制器。
气氛控制是为试样提供真空、保护气氛和反应气氛,它包括真空泵、充气钢瓶、稳压阀、稳流阀、流量计等。
交换器是由同种材料做成的一对热电偶,将它们反向串接,组成差示热电偶,并分别置于试样和参比物盛器的底部下面,示差热电偶的电压信号,加以放大后送到显示记录。
参比物应选择那些在实验温度范围内不发生热效应的物质,如α-Al2O3、石英粉、MgO粉等,它的热容和热导率与样品应尽可能相近,当把参比物和试样同置于加热炉中的托架上等速升温时,若试样不发生热效应,在理想情况下,试样温度和参比物温度相等,ΔT=0,差示热电偶无信号输出,记录仪上记录温差的笔仅划一条直线,称为基线。
另一支笔记参比物温度变化。
而当试样温度上升到某一温度发生热效应时,试样温度与参比物温度不再相等,ΔT≠0,差示热电偶有信号输出,这时就偏离基线而划出曲线。
ΔT随温度变化的曲线即DTA曲线。
温差ΔT作纵坐标,吸热峰向下,放热峰向上。
炉子的温度T w以一定的速度变化,基准物的温度T r在t=0时与T w相等。
但当T w开始随时间增加时,由于基准物与容器有热容C r,发生一定的滞后;试样温度T s也相同,不同的热容,滞后的时间也不同,T w、T r、T s之间出现差距,在试样不发生任何热变化时ΔT呈定值,如图12-2所示。
其值与热容、热导和升温速度有关。
而热容、热导又随温度变化,这样,在整个升温过程中基线会发生不同程度的漂移。
实验1.聚合物的热分析 实验报告
实验五 聚合物差热热重同时热分析法差热分析是在温度程序控制下测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术。
简称DTA(Differential Thermal Analysis)。
在DTA 基础上发展起来的另一种技术是差示扫描量热法。
差示扫描量热法是在温度程序控制下测量试样相对于参比物的热流速度随温度变化的一种技术。
简称DSC (Differential Scanning Calorimetry )。
试样在受热或冷却过程中,由于发生物理变化或化学变化而产生热效应,这些热效应均可用DTA 、DSC 进行检测。
DTA 、DSC 在高分子方面的应用特别广泛。
它们的主要用途是:①研究聚合物的相转变,测定结晶温度T c 、熔点T m 、结晶度X D 、等温结晶动力学参数。
②测定玻璃化转变温度T g 。
③研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应,测定反应温度或反应温区、反应热、反应动力学参数。
图1 是聚合物DTA 曲线或DSC 曲线的模式图。
当温度达到玻璃化转变温度T g 时,试样的热容增大就需要吸收更多的热量,使基线发生位移。
假如试样是能结晶的,并且处于过冷的非晶状态,那么在T g 以上可以进行结晶,同时放出大量的结晶热而产生一个放热峰。
进一步升温,结晶熔融吸热,出现吸热峰。
再进一步升温,试样可能发生氧化、交联反应而放热,出现放热峰,最后试样则发生分解,吸热,出现吸热峰。
当然并不是所有的聚合物试样都存在上述全部物理变化和化学变化。
通常按图2 a 的方法确定T g :由玻璃化转变前后的直线部分取切线,再在实验曲线上取一点,使其平分两切线间的距离∆,这一点所对应温度即为T g 。
T m 的确定对低分子纯物质来说,象苯甲酸,如图2 b 所示,由峰的前部斜率最大处作切线与基线延长线相交,此点所对应的温度取作为T m 。
对聚合物来说,如图2 c 所示,由峰的两边斜率最大处引切线,相交点所对应的温度取作为T m 。
DTA、DSC、TG、DTG测试方法和表征专题培训课件
(3)研究高聚物中单体含量对Tg的影响
聚甲基丙烯酸甲酯的差 热曲线,可以明显看 出,PMMA的MMA 含量不同则曲线形状 不同,玻璃化温度随 MMA含量的增加而 降低
(4)共聚物结构的研究
用分析手段测定共聚物的热转变,可借以阐明 无规,嵌段共聚物的形态结构。
在差热曲线出现两个峰,表明是嵌段乙丙共聚物,一个峰
试样较好。例如a.空的
坩埚b.0.2克c.0.6克
(2)样品粒度、形状和装填的影响
颗粒过大的试样会爆裂而造成TG曲线 形状异常。 样品的装填方式对TG有影响,主要是 改变了热传导及质量传递性能。样品 装填越紧密,接触越好,有利于热传 导。
(3)试样性质的影响
试样的比热、导热性和反应热对热重 曲线都有影响
3.4TG, DTG在高分子科学与工程中应用
TG, DTG 的定量性强,能准确测定物质的变 化速率
近年来在冶金学、漆料及油墨科学、制陶学、 食品工艺学、无机化学、有机化学、生物 化学及地球化学等学科中,热重法都有广 泛的应用。
热重法在高分子行业主要用来评估: 高分子材料的热稳定性 添加剂对热稳定的影响 氧化稳定性的测定 含湿量和添加剂含量的测定 反应动力学的研究和共聚物 共混物体系的定量分析 聚合物和共聚物的热裂解 热老化的研究等等
(6)用DSC直接计算热量和测定结晶度
DSC谱图具有热力学函数意义,因为 (dH/dt)/(dT/dt)=dH/dT=Cp(比热容)
dH/dt为DSC谱的纵坐标, dT/dt为升、降温 速率(在DSC实验中一般为定值),故纵 坐标的高低表明了此时样品比热的相对大 小。
用DSC法求得的熔融热可计算结晶性高聚物 的结晶度。
2.3.2操作条件方面的影响
聚合物近代测试及表征DTA、DSC、TG、DTG
2.2.3失重率的计算
根据原始试样用量及各温度区间的失重量, 可以分别计算各温度区间的失重百分率。 失重率计算式如下:失重前的重量与失重后的 重量之差(W0-W1)除以样品重量W0 失重率=(W0-W1)/W0×100%
2.3影响热重曲线的因素 温度的动态特性和天平的平衡特性,使 影响热重曲线(TG曲线)的因素更加 复杂 影响因素可分为三个方面: 仪器方面的影响 操作条件方面的影响 样品方面的影响
DTA和DSC的主要区别:
针对聚合物: DTA:定性测定Tg,Tm等,测定热稳定性, 耐热性,检测氧化反应,聚合反应等其它。 DSC:定量测定:热化学测量△Hm,△He, 比热,动力学,分解,结晶△H聚合反应,
DTA DSC 一般高温炉可达到1500℃以上, 主要优点:热量定量方 对超高温 DTA ,最高 T 可达到 便、分辨率高,灵敏度 2400℃,因此对高温矿物,冶 好。 金等领域应用可采用 DTA 。 缺点:使用温度低(以 而对温度要求不高,而灵敏度 温度补偿型 DSC为例) 要求较高的有机物,高分子及 最高温度只能达725℃ 生物化学领域,DSC则是一种 很有用的技术,正因为如此, DSC发展非常迅速。
试样较好。例如a.空的
(2)样品粒度、形状和装填的影响 颗粒过大的试样会爆裂而造成TG曲线 形状异常。 样品的装填方式对TG有影响,主要是 改变了热传导及质量传递性能。样品 装填越紧密,接触越好,有利于热传 导。
(3)试样性质的影响
试样的比热、导热性和反应热对热重 曲线都有影响
3.4 TG, DTG在高分子科学与工程中应用
TG, DTG 的定量性强,能准确测定物质的变 化速率 近年来在冶金学、漆料及油墨科学、制陶学、 食品工艺学、无机化学、有机化学、生物 化学及地球化学等学科中,热重法都有广 泛的应用。
DTA、DSC、TG、DTG测试方法及表征知识交流
失重率计算式如下:失重前的重量与失重后的 重量之差除以样品重量
失重率=(W0-W1)/W0×100%
2.3影响热重曲线的因素
温度的动态特性和天平的平衡特性,使影响热 重曲线(TG曲线)的因素更加复杂
影响因素可分为三个方面: 仪器方面的影响 操作条件方面的影响 样品方面的影响
例2,低压聚乙烯的DTA 曲线,在空气中的差热 曲线上于熔融和分解两 吸收峰之间出现两个小 氧化峰(见图)。可见 在较高温度下氧化作用 是显著的。对于高聚物 氧化类化学反应,由于 反应热比熔融热大,故 须在惰性气体中实验。
1为在空气中,2为在氦气 中
(3)研究高聚物中单体含量对Tg的影响
聚甲基丙烯酸甲酯的差 热曲线,可以明显看 出,PMMA的MMA 含量不同则曲线形状 不同,玻璃化温度随 MMA含量的增加而 降低
DTA和DSC的主要区别:
针对聚合物: DTA:定性测定Tg,Tm等,测定热稳定性,
耐热性,检测氧化反应,聚合反应等其它。 DSC:定量测定:热化学测量△Hm,△He,
比热,动力学,分解,结晶△H聚合反应,
DTA
DSC
一般高温炉可达到1500℃以上,主要优点:热量定量方 对超高温DTA,最高T可达到 便、分辨率高,灵敏度 2400℃,因此对高温矿物,冶 好。 金等领域应用可采用DTA。 缺点:使用温度低(以 而对温度要求不高,而灵敏度 温度补偿型DSC为例) 要求较高的有机物,高分子及 最高温度只能达725℃ 生物化学领域,DSC则是一种
用DTA研究未拉伸的和 经过拉伸的尼龙6、尼 龙66、尼龙610和涤纶 等纤维时发现未拉伸 的纤维只有一个熔融 吸热峰,而经过拉伸 的纤维有两个吸热峰, 其中第一个峰是拉伸 过的纤维取向吸热峰。
聚合物检测方法
聚合物检测方法聚合物是由重复单元组成的高分子化合物,应用广泛于塑料制品、橡胶制品、纺织品、化妆品等领域。
随着聚合物制品的不断增多和应用领域的不断拓展,对聚合物的检测方法也提出了更高的要求。
本文将从传统的物理检测方法到现代的化学和生物技术检测方法进行综合介绍,以期为聚合物检测领域的科研和实践工作者提供一些参考和借鉴。
一、传统的物理检测方法1. 热分析法热分析法是通过测量聚合物在一定温度范围内的热学性质来判断其性能的一种方法。
其中包括差热分析法(DSC)、热重分析法(TGA)等。
通过观察聚合物在升温或降温过程中的吸热、放热,以及失重情况,可以初步判断其组成和性质。
2. 拉伸实验拉伸实验是一种简单直观的物理检测方法,通过对聚合物样品在一定温度下的拉伸过程进行观察,获得相关的拉伸特性参数。
这种方法适用于常见的塑料和橡胶制品,可以直接反映材料的物理性能。
二、化学分析方法1. 光谱分析紫外-可见光谱(UV-Vis)、红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(HNMR)等光谱分析方法可用于聚合物材料的结构表征和成分分析。
通过检测聚合物在特定波长下的吸收、发射或散射情况,可以分析其分子链结构和可能的功能团。
2. 质谱分析质谱分析是一种高灵敏度的化学分析方法,适用于聚合物样品中微量成分的检测。
通过检测聚合物样品中分子离子的质荷比,可以确定其相对分子质量、分子结构和可能的附加元素。
三、生物技术检测方法1. 核酸检测法聚合物中常常携带有一定的核酸成分,利用聚合酶链式反应(PCR)等核酸检测技术可以对聚合物样品中的核酸成分进行扩增和鉴定。
这种方法对于化妆品等含有生物成分的聚合物制品有着重要的应用价值。
2. 生物传感器检测法生物传感器是一种利用生物材料(如酶、抗体)和传感器结合的检测技术。
通过将特定的生物材料与聚合物样品接触,观察其生物传感反应产生的信号变化,可以实现对聚合物样品中特定成分的快速检测和定量分析。
随着科学技术的发展,聚合物检测方法也在不断创新和完善。
高聚物结构分析和表征第四章DSC和DTA
系的一类技术。
:一般指线性升温或线性降温,也包括恒温或非线性升、降 温。
物质:指试样本身和(或)试样的反应产物。
物理性质:包括质量、尺寸、温度、热焓变化、力学特性、 光学特性、声学特性、电磁特性等等。
国际热分析联合会(ICTA)建议,根据所测的物理性质的不同, 热分析方法可分为9类17种,但应用最广的是差示扫描量热法 (DSC) 、差热分析(DTA) (TG)等少数几种。
DSC典型综合图谱
玻璃化转变
熔融
Glass Transition
Melting
Crystallization
结晶
分解气化
Decomposition基线放热行为(固化,交联,氧化,反应)
Tg
Tc
Tm
T
Temperature(℃)
d
4.2.3 主要影响因素
由于DSC用于定量测定,因此实验因素的影响显得 更为重要,其主要的影响因素大致有下列几方面:
➢ 试样特性 试样用量、粒度、装填情况、试样的稀释和试样 的热历史条件等。
➢ 实验条件 程序升温速率和所通气体的性质。气体性质涉及 气体的氧化还原性、惰性、热导性和气体处于静 态还是动态。
➢ 参比物特性 参比物用量、参比物的热历史条件。
1. 样品量
一般用量为3~5mg,可根据样品热效应大小调节用量。 • 样品量少,分辨率高,但灵敏度低,峰温偏低。 • 样品量多,分辨率低,但灵敏度高,峰温偏高。
铟在不同升温速率下的DSC曲线
a:5 ℃/min; b:20 ℃/min; c:60 ℃/min;d:120 ℃/min
3. 气氛
一般使用惰性气体,如N2,Ar,He等。 目的:防止加热时样品的氧化,减少挥发物对仪器的腐蚀。
《近代测试及表征技术》教材大纲
《近代测试及表征技术》教材大纲一、课程基本信息课程名称(中、英文):《近代测试及表征技术》(Modern Technology of Test and Characterization)课程号(代码):300027020课程类别:专业选修课学时: 32 学分:2二、教学目的及要求近代测试及表征技术是应用近代仪器分析的基本原理,研究聚合物链的结构、单体结构单元、谱图解析、分析试样及各种仪器在高聚物中应用的一门科学。
本课程为高分子化学、化工、材料等相关专业本科生今后毕业论文的材料结构表征、成分和表面分析打下良好的理论基础,培养实际解谱能力,学会怎样应用近代仪器分析手段进行高分子材料的研究。
本课程安排总学时32学时,共12周。
对毕业要求及其分指标点支撑情况:(1)毕业要求 1,分指标点1.4和1.5;(2)毕业要求2,分指标点2.4和2.5;(3)毕业要求3,分指标点3.4;(4)毕业要求6,分指标点6.2;三、教学内容(含各章节主要内容、学时分配,并用*号方式注明重点难点)第一章绪论(1学时)简要介绍高分子近代分析的研究对象,高分子近代仪器分析方法及仪器,高分子的研究和分析方法概述。
使学生对本课程的重要性及学习内容方法建立整体概念。
要点:高分子近代分析的研究对象、定义和重要性(举例)高分子近代仪器分析方法分类及仪器高分子的研究和分析方法概述。
课程学习的目的、方法和要求第二章光谱分析(3~9学时)介绍紫外光谱基本原理及分子结构,紫外光谱技术在高分子中的应用。
红外光谱基本原理及分子结构,红外光谱图谱解析方法,红外光谱技术在高分子分析鉴定中的应用。
激光拉曼光谱,激光拉曼光谱高分子中的应用。
要点:紫外光谱基本原理及分子结构*紫外光谱技术在高分子中的应用红外光谱基本原理及分子结构*红外光谱图谱解析方法*红外光谱技术在高分子分析鉴定中的应用*激光拉曼光谱理论*激光拉曼光谱高分子中的应用。
布置作业及思考题第三章核磁共振波谱 (6学时)介绍1H-核磁共振波谱,13C-核磁共振波谱的基本原理、产生条件和影响化学位移因素,核磁共振波谱在高聚物研究中的应用。
TG-DTA-DSC测试全指导
DTA数据的记录方式
1)所有物质(试样、参比物、稀释剂)的标志,用明确的 名称,化学式等表示。
2)所有物质的来源说明,它们的处理和分析方法。
3)温度变化的平均速率的测定、若是非线性的温度程序 则应详细说明。
4)试样气氛的压力、组成和纯度的测定、并说明气氛是 静态的还是自己产生的、或流动态的、或在试样上边 通过。
差热仪炉子供给的热量为Q
试样无热效应时: QS QR 试样吸热效应时:(Q-g)S QR 试样放热效应时:(Q+g)S QR
TS=TR ΔT=0 TS<TR ΔT<0 TS>TR ΔT>0
在上面三种状态下其 EAB=f(ΔT)就有三个不 同值,带动记录笔就可画出DTA曲线。
DTA仪的基本结构
差热分析仪通常由加热炉、温 度控制系统、信号放大系统、差热 系统及记录系统组成。
中间产物的检测与升温速率密切相关,升温速
率快不利于中间产物的检出,因为TG曲线上 拐点变得不明显,而慢的升温速率可得到明确 的实验结果。
热重测量中的升温速率不宜太快,一般以0.5-
6℃/min为宜。
(1) 升温速率
对热重法影响比较大。 升温速率越大,所产生的热滞后现象越严重,
往往导致热重曲线上的起始温度Ti和终止温度 Tf偏高。虽然分解温度随升温速率变化而变化, 但失重量保持恒定。
CuSO4·5H2O脱水历程
实验条件为试样质量为10.8mg, 升温速率为10℃/min,采用静 态空气,在铝坩埚中进行
曲线AB段为一平台,表示试 样在室温至45℃间无失重。故 mo=10.8mg。曲线BC为第一 台阶,失重为mo-m1=1.55mg, 求得质量损失率=
曲线CD 段又是一平台,相应质 量为m1;曲线DE 为第二台阶, 质量损失为1.6mg,求得质量损 失率
高聚物热性能测试
• DSC是改良的DTADSC测试仪器Fra bibliotekSC的仪器结构
差热分析原理
• 把参比物和试样同置于加热炉中的托架上等速升温,若试样不发生
热效应,在理想情况下,试样温度和参比物温度相等, ΔT=0,差示热
电偶无信号输出, 记录仪划出直线,称为基线。 • 当试样温度上升到某一温度发生热效应(如熔融)时, 试样温度
与参比物温度不再相等,差示热电偶有信号输出,就划出曲线。 • 试样在升(降)温过程中,发生吸热或放热,在曲线上就会出现吸
热或放热峰。试样发生力学状态变化时(例如由玻璃态转变为高弹 态),虽无吸热或放热现象,但比热有突变,表现在曲线上是基线 的突然变动。
高分子可能发生的热效应
(1) 发生吸热反应。 结晶熔化、蒸发、升华、化学吸附、脱结晶水、二次相变(如高聚
热分析技术TGA, DTA, DSC 的应用
热分析
物的玻璃化转变)、气态还原等。 (2) 发生放热反应。
气体吸附、氧化降解、气态氧化(燃烧)、爆炸、结晶等。 (3)结晶形态的转变、化学分解、氧化还原反应、固态反应等。可能
发生放热或吸热反应。 • 用DTA,DSC方法分析上述这些反应,不反映物质的重量是否变化,
也不论是物理变化还是化学变化,它只能反映出在某个温度下物质 发生了反应。
等部分所组成。比较先进的仪器还有数据处理部分。
• 温度程序控制是使试样在要求的温度范围内进行升温、降温、恒
温等,包括炉子(加热器、制冷器等)、控温热电偶和程序温度控制器。
• 气氛控制 提供真空、保护气氛和反应气氛,包括真空泵、充气钢
瓶、稳压阀、稳流阀、流量计等。
• 变换放大
变换器是由同种材料做成的一对热电偶,分别置于
聚合物近代仪器测试---复习
1、聚合物近代仪器分析常用的仪器111〕、电磁波谱法〔光谱分析〕主要是通过各种波长的的电磁波和被研究物质的相互作用,引起物质的某一个物理量的变化而进行2〕、热分析是在程控温度条件下,测量物质的物理性质与温度关系的一组技术。
主要用来测定高聚物的热转变温度,力学状态与热降解。
3〕、电子分析法电子分析法是利用电子作激发源或被检测对象,样品发生某些物理变化的一类分析技术,主要用于分析样品的组成、聚集态结构和表面结构。
2、高分子材料样品的准备进行高分子材料样品分析时,根据分析要求,对样品进行预处理。
方法:高分子材料的分离和初步检查。
分离方法:蒸馏、溶剂萃取、溶解沉淀、色谱分离初步检查:燃烧性检查、溶解性实验3、光谱分析方法概述物质分子内部三种运动形式:〔1〕电子相对于原子核的运动。
〔2〕原子核在其平衡位置附近的相对振动。
〔3〕分子本身绕其重心的转动。
分子有三种不同能级:电子能级、振动能级和转动能级三种能级都是量子化的,且各自具有相应的能量。
分子的内能:电子能量E e、振动能量E v、转动能量E r即:E=E e+E v+E rΔΕe>ΔΕv>ΔΕr4、紫外吸收光谱吸收曲线的特点:①同一种物质对不同波长光的吸光度不同。
吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax。
②不同浓度的同一种物质,其吸收曲线形状相似λmax不变。
而对于不同物质,它们的吸收曲线形状和λmax则不同。
③吸收曲线可以提供物质的结构信息,并作为物质定性分析的依据之一。
④不同浓度的同一种物质,在某一定波长下吸光度A 有差异,在λmax处吸光度A 的差异最大。
此特性可作作为物质定量分析的依据。
⑤在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大,所以测定最灵敏。
吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。
5、电子跃迁有机化合物的紫外-可见吸收光谱是三种电子、四种跃迁的结果:σ电子、π电子、n电子。
分子轨道理论:成键轨道—反键轨道,非键轨道。
当外层电子吸收紫外或可见辐射后,就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。
材料现代测试方法,聚合物材料测试方法
3. 冲击强度——材料抵抗冲击载荷破坏的能力,反 映材料的韧性指标。通常定义为试样在冲击载荷 作用下破坏时单位面积吸收的能量 。
冲击强度的试验方法有许多种,包括摆锤式 冲击试验、落球式冲击试验、高速拉伸试验等。 设W为试样断裂所消耗的功,可以有两种表示材 料抵抗冲击载荷破坏的强度:
冲击韧性:
Ib Wd (J/m 2)
课程说明
教材与参考书
《聚合物研究方法》——张美珍主编,轻工出版社 《高分子物理》——何曼君主编,复旦大学出版社
▪ 教学方法
以课堂讲授为主,结合观摩仪器使用
▪ 成绩评定
作业及平时表现30 %; 期末考试 70 %。
第一章 聚合物力学性能测定
§1-1描述力学性能的基本物理量 §1-2 聚合物拉伸试验 §1-3 聚合物弯曲试验 §1-4 聚合物冲击试验
断裂点——B σB:断裂应力 εB:断裂伸长率
§1-2 聚合物拉伸试验
拉伸试验测定的力学性能 拉伸强度、断裂强度、屈服强度、定伸强度、断裂 伸长率、应力—应变曲线、弹性模量。
拉伸试验所适用的聚合物材料 热塑性塑料、热固性塑料、橡胶材料
拉伸试验对试样的要求 4类哑铃状试样
I型试样——硬质塑料
A0 F
F
剪切应变: γs = S/d = tgθ —— 剪切角的正切剪
切应力:
τs = F/A。
剪切应力的单位也是N/m2( 帕斯卡)。
3. 均匀压缩 —— 材料受到均匀围压力的作用
材料的压缩应力就是所受到的围压力P;受力 后材料的体积发生变化,由原来的Vo减小为Vo-ΔV, 压缩应变为:
Δ=ΔV/ Vo
k A
2
nb d (J/m)
相关标准
GB1040-92 塑料拉伸试验 GB1043-93 塑料简支梁冲击试验 GB1843-96 塑料悬臂梁冲击试验 GB9341-2000塑料弯曲试验 ASTM D-256-05 塑料悬臂梁冲击试验
实验1.聚合物的热分析 实验报告
实验五 聚合物差热热重同时热分析法差热分析是在温度程序控制下测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术。
简称DTA(Differential Thermal Analysis)。
在DTA 基础上发展起来的另一种技术是差示扫描量热法。
差示扫描量热法是在温度程序控制下测量试样相对于参比物的热流速度随温度变化的一种技术。
简称DSC (Differential Scanning Calorimetry )。
试样在受热或冷却过程中,由于发生物理变化或化学变化而产生热效应,这些热效应均可用DTA 、DSC 进行检测。
DTA 、DSC 在高分子方面的应用特别广泛。
它们的主要用途是:①研究聚合物的相转变,测定结晶温度T c 、熔点T m 、结晶度X D 、等温结晶动力学参数。
②测定玻璃化转变温度T g 。
③研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应,测定反应温度或反应温区、反应热、反应动力学参数。
图1 是聚合物DTA 曲线或DSC 曲线的模式图。
当温度达到玻璃化转变温度T g 时,试样的热容增大就需要吸收更多的热量,使基线发生位移。
假如试样是能结晶的,并且处于过冷的非晶状态,那么在T g 以上可以进行结晶,同时放出大量的结晶热而产生一个放热峰。
进一步升温,结晶熔融吸热,出现吸热峰。
再进一步升温,试样可能发生氧化、交联反应而放热,出现放热峰,最后试样则发生分解,吸热,出现吸热峰。
当然并不是所有的聚合物试样都存在上述全部物理变化和化学变化。
通常按图2 a 的方法确定T g :由玻璃化转变前后的直线部分取切线,再在实验曲线上取一点,使其平分两切线间的距离∆,这一点所对应温度即为T g 。
T m 的确定对低分子纯物质来说,象苯甲酸,如图2 b 所示,由峰的前部斜率最大处作切线与基线延长线相交,此点所对应的温度取作为T m 。
对聚合物来说,如图2 c 所示,由峰的两边斜率最大处引切线,相交点所对应的温度取作为T m 。