材料热分析专项课程(ppt 92页)_931

►热分析特点： 1、 温度的变化是受程序控制的； 2、 一种很简便地测定因温度变化而引起材 料物性变化的方法。
►现代热分析仪组成： 程序控温系统、测量系统、显示系统、 气氛控制系统、操作控制和数据处理系统
8.2 热重分析TG
► 原理 ► 在程序升温的环境下，测
量试样的重量对温度（或 时间）的依赖关系，分为 变位法和零位法 ► 变位法：根据天平梁倾斜 度与质量变化成比例的关 系，用差动变压器等检测 倾斜度，并记录 ► 零位法：采用差动变压器 法、光学法测定天平梁的 倾斜度，然后调整安装在 天平系统和磁场中线圈的 电流，使线圈转动以恢复 天平梁的倾斜，其电流与 质量成比例 ► 横坐标为温度T（时间t）， 纵坐标为样品保留重量的 分数
热稳定性比较示意图
► 组成的剖析
► TG用于分析聚合物中各种添加剂和杂质有独 到之处，即快速、简便。
添加剂的分析 应用ＴＧ法分析聚合物 中的各种添加剂（包括有 机的和无机的添加剂）比 一般的方法简单方便并有 其独特之处。下图表示Ｔ Ｇ法能快速测定增塑剂的 含量，３条曲线分别为： 不含增塑剂的聚丁酸乙烯 酯；含有增塑剂的聚丁酸 乙烯酯；用正已烷萃取了 增塑剂的聚丁酸乙烯酯。 曲线２的前半部分是由于 增塑剂的挥发造成的失重， 由此可算出增塑剂的含量， 若升温速率很小或在等温 条件下试验，则可得到更 精确的结果。
► 微商曲线的表示及意义 ► TG：m-T(t)的变化，是一级导
数 ► DTG:m-T(t)变化的函数关系，
是峰形曲线 ► DTG可得出最大反应速率的温
度(峰值），以及反应终止的温 度，而TG曲线很难 ► DTG曲线峰面积与样品对应的 质(重)量变化成正比，可准确 的进行定量分析 ► 能够消徐TG曲线存在整个变化 过程各阶段变化互相衔接而不 易分开的毛病，以DTG的最大 峰值为界把热失重阶段分成两 部分
图 用ＴＧ确定聚丁酸乙烯酯（ＰＶＢ）树脂中 增塑剂的含量
１——正已烷萃取了增塑剂的ＰＶＢ； ２——ＰＶＢ＋增塑剂； ３——纯ＰＶＢ
►右图是玻璃钢成 分分析曲线，TG 上有三个拐点，
曲线关键温度表示法 A-起始分解温度；B-外延起始温度 C- 外延终止温度 ；D-终止温度 E-分解5％的温度 F-分解10%的温 度 G-分解50%的温度(半寿温度)
► TG是重量表示方法 ► A点至B点温度失重率为： （99.5-50）/100＝49.5% ► C点至D点温度失重率为： （50-24.5）/100=25.5%
TG曲线
► 热稳定性的评价
► 聚合物热分解过程的许多规律可以通过热重分析 进行研究：其中包括聚合物的热稳定性的测定， 共聚物、共混物体系的定量分析、含量和添加剂 水含量的测定等等,热重法因其快速简便,已经成 为研究聚合物热变化过程的重要手段
►影响热重曲线的因素主要也是升温速率、样品用量和样品颗粒大小也有影响，如下图是 ABS塑料在不同升温速率下的热重曲线，可以看出,升温速率越大，分解温度越滞后；同 样道理，样品的用量、颗粒大小对热重曲线的影响与DSC曲线的影响相似，因此在进行 热重分析时，样品尽量制备成细小颗粒，并装填紧密，使样品颗粒间接触良好，有利于 热传导，减小热滞后现象，样品用量大,样品内部温度梯度也大，而且反应产物的扩散作 用也慢,因此实验时尽量使用少量的样品
材料热分析专项课程(ppt 92页)
8.1热分析概述
►热分析：程序控温下，测量材料物理性质与 温度之间关系的一种技术。
升温或降温→材料结构、相态、化学性质→物 理性质变化（质量、温度、尺寸、声、热、 光、力、电、磁等） →材料结构鉴定、热力 学参数、动力学数据→指导生产、控制质量
► 热分析起始于1887年，发展至今分为9类17种
几种高聚物的TG曲线 1、PVC；2、PMMA；3、PE； 4、PTEF；5、PI
► 在比较热稳定性时， 除了失重的温度外，
还需比较失重速率， 比较右图中三条TG 曲线，显然c的热稳 定性比a b强，而a与 b虽然失重的起始温 度相同，但a的斜率 大于b说明a的失重速 率大于b，所以a的热 稳定性最差。
TG、DTG的比较
Fra Baidu bibliotek
►影响TG的因素
1、样品盘的影响 2、挥发物冷凝的影响 3、升温速度的影响（热滞后） 4、气氛的影响（动态） 5、样品的影响（用量、粒度）
► TG应用须注意的问题
分析前，样品必须干燥， 腐蚀性样品须用铂金坩 埚
样品须置于惰性气体中 测定
2-5mg，5-10 ℃ /min。 升温过快或过慢会使TG 曲线向高温或低温偏移
图ABS塑料在不同升温速率下的热重曲线 升温速率[1]:5K/min;[2]:10K/min； [3]: 15K/min
► 下图为五种聚合物的热重 曲线
► 由图可知，PMMA、PE、 PTEF可以完全分解，但热 稳定性依次增加。PVC稳 定性较差，第一步失重阶 段是脱HCl，发生在200300℃，脱HCl后分子内形 成共扼双健，热稳定性提 高(TG曲线下降缓慢)，直 至较高温度约420℃时大 分子链断裂，形成第二次 失重；PMMA分解温度低 是分子链中叔碳和季碳原 子的键易断裂所致，PTEF 是由于链中C—F键键能大， 故热稳定性大大提高。聚 酰亚胺PI由于含有大量的 芳杂环结构，需850℃才 分解40％左右，热稳定较 强
► 3.3 连用技术
DTA-TG、DSC-TG、 FTIR-TG
TG的应用
► TG曲线关键温度的表示法 ► A点叫起始分解温度，是TG曲线开
始偏离基线点的温度；B点叫外延起 始温度，是曲线下降段切线与基线 延长线的交点。C点叫外延终止温度， 是这条切线与最大失重线的交点。D 点是TG曲线到达最大失重时的温度， 叫终止温度。E、F、G分别为失重 率为5％、10％、50％时的温度， 失重率为50％的温度又称半寿温度 ► 其中B点温度重复性最好，所以多采 用此点温度表示材料的稳定性 ► 美国ASIM规定把过5％与50％两点 的直线与基线的延长线的交点定义 为分解温度 ► 国际标准局(ISO)规定，把失重20％ 和50％两点的直线与基线的延长线 的交点定义为分解温度