热分析(一)
实验一同步热分析
实验一、综合热分析一、实验目的1．了解热失重（TG），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．了解STA449F3 同步热分析仪的构造原理和基本操作。
3．熟练掌握使用STA449F3 同步热分析仪分别测量TG-DTA 和TG-DSC 曲线4．掌握分析实验数据的步骤，并解释相关现象。
二、实验原理热分析是测量在受控程序温度条件下，物质本身的质量或热量变化与温度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，它包括热失重分析TG、差热分析DTA 和差动热分析DSC，是材料领域研究工作的重要工具，特别是在高聚合物的分析测定方面应用非常广泛。
它不仅能获得结构方面的信息，而且还能测定多种性能，是材料测试实验室必备的仪器。
热重分析（TG）是指在程序控制升温条件下，测量物质的质量与温度变化的函数关系，或者测定试样在恒定的高温下质量随时间变化的一种分析技术。
热重分析的谱图一般是以质量W 对温度T 的曲线或者试样的质量变化速度dw/dt 对温度T 的曲线来表示。
后者称为微分热重曲线（DTG）。
TG 主要用来研究样品在空气中或惰性气体中热稳定性和分解过程，除此之外，还可研究固相反应，测定水分挥发物或者吸收、吸附和解吸附过程，气化速率、气化热、升华温度、升华热、氧化降解、增塑剂挥发性、水解和吸湿性、塑料和复合材料的组分等。
差热分析（DTA）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，简称DTA（Differential Thermal Analysis）。
物质发生相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等过程时都伴有热效应发生，DTA 可用于测定物质发生热反应时的特征温度及吸收或放出的热量。
DTA 的工作原理为，在进行DTA 测试时，所选用的参比物为空坩埚，加热炉以一定的速率升温，若试样没有热反应，则它的温度和参比坩埚温度之间的温差ΔT＝0，差热曲线为一条直线，与基线一致；当试样发生了物理或化学变化而吸入或放出热量时，ΔT≠0，在热谱图上会出现吸热或放热峰，形成ΔT 随温度变化的差热曲线（热谱图），在习惯上通常以温度差ΔT作纵坐标，吸热峰向下，放热峰向上，温度T 作横坐标，自左向右增加。
热分析第一章热分析化学
第三节 热分析的基本特征与数据报道
一、热分析的基本特征 ➢ ①.采用热分析技术（如TG，DTA，DSC，DMA，TMA等）
仅用单一试样就可在很宽的温度范围内进行观测，依 此种方式按所谓非等温动力学来求解动力学参数是很 方便的。 ➢ ②.采用各类试样容器或附件，便可适用几乎任何物理 形状的试样（固体、液体或凝胶） ➢ ③.仅需要少量试样（0.1μg~10mg）
用热分析这一 术语
本多光太郎 奠定了现代 热重法的基 础，并提出 了热天平这
一术语
首批商品热 天平生产
日本热分析与 量热学学会成 立，召开首届 学术讨论会； 同年，在苏格 兰阿伯丁召开 首届国际热分
析会议
Watson 等
提出了差示 扫描量热法
在波士顿召开的 第二次国际热分 析会议上成立了 国际热分析协会， 现为国际热分析
➢ 升温速率(dT/dt, 或β, Heating rate)： 程序温度对时间的变化率。其值不一定为常数，且可正可负。单位为K·min-1 或℃·min-1。当温度—时间曲线为线性时，升温速率为常数。温度 可以热力学温标(K)或摄氏温标(℃)表示。时间单位为秒(S)、分(min)
或小时(h)。
➢ 差或差示(Differential)
应遵照有关标准的规定来选择热分析实验条件。对于尚 未制定相应标准的方法，应充分考虑其原理和确立这些 方法的基本假定，选择合理的实验条件。
第二十一页，共50页
二、热分析数据的报道
1.一般性要求
➢ ①用确切的名称、化学式（或相当于组成的资料）标明 所有物质（试样、参比物、稀释剂）。
➢ ②就所知说明所有物质的来源、详述其热历史、预处理 和化学纯度。
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热分析__gai
第一章简介一、热分析的目的热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等。
热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。
二、ANSYS的热分析∙在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。
∙ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。
∙ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。
此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。
三、ANSYS 热分析分类∙稳态传热：系统的温度场不随时间变化∙瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化四、耦合分析∙热－结构耦合∙热－流体耦合∙热－电耦合∙热－磁耦合∙热－电－磁－结构耦合等第二章 基础知识一、符号与单位二、传热学经典理论回顾热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律:●对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕PE KE U W Q ∆+∆+∆=-式中: Q —— 热量;W —— 作功;∆U ——系统内能; ∆KE ——系统动能； ∆PE ——系统势能；● 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ∆∆； ● 通常考虑没有做功：0=W , 则：U Q ∆=；●对于稳态热分析：0=∆=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； ●对于瞬态热分析：dtdUq =，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。
三、热传递的方式1、热传导热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。
热传导遵循付里叶定律：dxdTkq -=''，式中''q 为热流密度（W/m 2），k 为导热系数（W/m-℃），“-”表示热量流向温度降低的方向。
热分析
27
材料现代分析方法
热分析
升温速率大，相邻峰分辨率下降，但对小峰的检测 灵敏度提高。
College of MSE, CQU
28
材料现代分析方法
气氛的影响
——炉内气氛对有气 体参与或有气体放出的 反应有明显影响。
热分析
College of MSE, CQU
29
材料现代分析方法
压力的影响
College of MSE, CQU
12
材料现代分析方法
差热曲线能提供的信息
热分析
峰的个数：
吸热和放热过程的个数。
峰的位置：
吸热和放热过程发生的温度。
峰的性质：
向上，放热；向下，吸热。
峰的形状：热反应的速率。
典型差热曲线图
峰的面积：吸收或释放的热量的多少。 基线的位置：样品与参比物的比热关系。 基线的长度：物质稳定存在的温度区间。
College of MSE, CQU
35
材料现代分析方法
热分析
目前发展了两种DSC方法
功率补偿型示差扫描量热法
——零点平衡原理 ，通过补偿能量使试样与参比物 的温度相等，ΔT =0。
热流型示差扫描量热法
快速提供被研究物质的热稳定性、热分解产物、 热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻璃化温 度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高聚物的表 征及结构性能等。
College of MSE, CQU
6
材料现代分析方法
热分析
1.2 差热分析
差热分析（Differential Thermal Analysis）， 简称DTA
粒度变化会引起反应速率的变化，从而影响差热 曲线的特征。
热分析
1 ．玻璃化转变温度的确定
高聚物的 Tg 范围分为三个区： Tg 低于室温的是橡胶态材料； 室温到约160℃的为一般非晶热塑性材料； 160℃以上者为耐高温热塑性材料。如 PEI 。
冷几十度才出现结晶峰；
而 第 二 次升 温 时 ， 熔 点明 显降低； 第 三 次 升温 后 熔 点 位 置不 再变化。 但 扫 描 次数 增 加 ， 峰 面积 减小，存在分解。
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差热分析法（ DTA ）和示差扫描量热法（ DSC ）
三、应用
DTA/DSC 在高分子材料领域的应用主要有：
（ 1 ）物理转变包括结晶 / 熔融、 液晶 转变等 相转变 ，玻 璃化 转变等； （ 2 ）化学反应包括聚合、固 化、交 联、 氧化和 分解等 。 DTA/DSC 可以用来测定聚合物的结晶度、反应热，研究结晶 动力学、反应动力学，以及聚合 物的热 稳定 性、阻 燃性、 结构 对 物理转变的影响等。
时，由于样品颗粒间及颗粒与样 品皿间 的接 触更紧 密，以 及消 除
应力历史等原因，可以得到可靠的 Tg 值。降温曲线上 Tg 的位置能 重现升温曲线上 Tg 的位置。
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差热分析法（ DTA ）和示差扫描量热法（ DSC ）
（二）主要影响因素
4.2 重复扫描对于 Tm 测试：
第一次扫描熔化峰较宽， 且 基 线 较 为 不平 ， 冷 却 时 需过
DTA/DSC 的主要信息： ① 热事件开始、峰值和结束 的温度 ； ② 热效应的大小和方向； ③ 参与热事件的物质的种类 和量。
12
差热分析法（ DTA ）和示差扫描量热法（ DSC ）
二 . 实验技术 （一）试样与参比物
固 态 、 液 态 或 浆 状 样 品 都 可 以用 于 测定 。
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04
差示扫描量热法
差示扫描量热法基本原理
差示扫描量热法（DSC）是一种热分析方法，用于测量样品与参比物之间的功率差随温度或时间的变 化。
DSC基本原理是，在程序控制温度下，测量输入到试样和参比物的功率差（如以热的形式）与温度的关 系。
DSC曲线可以反映样品在加热或冷却过程中的吸热或放热行为，从而得到样品的热性能参数，如熔点、 玻璃化转变温度等。
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目 录
• 热分析概述 • 热重分析法 • 差热分析法 • 差示扫描量热法 • 热机械分析法 • 热分析实验技术与方法
01
热分析概述
热分析定义与原理
热分析定义
热分析是一种研究物质在加热或冷却 过程中物理和化学性质变化的技术。
热分析原理
通过测量物质在温度变化过程中的各 种热力学参数（如热容、热导率、热 膨胀系数等）和化学反应参数（如反 应热、反应速率等），来研究物质的 组成、结构和性质。
热机械分析（TMA）
测量物质在温度变化过程中的尺寸变 化，用于研究物质的热膨胀系数和机 械性能等。
02
热重分析法
热重分析法基本原理
热重分析法定义
01
通过测量物质在程序升温过程中的质量变化，研究物质的热稳
定性和热分解等性质的一种技术。
热重分析仪构成
02
主要由加热系统、温度控制系统、天平测量系统和记录系统组
根据实验需要选择合适的气氛，如空气、氧气、氮气等。
数据处理与结果分析方法
数据采集
使用专业的热分析软件对实验数据进行采集和记录。
数据处理
对采集到的实验数据进行平滑、去噪、基线校正等处理，以获得更 准确的实验结果。
结果分析
根据实验目的和数据处理结果，对样品的热性质进行分析和解释，如 热稳定性、热分解温度、热焓等。
第四章热分析
意义在于它是科学定义温度概念的基础，是用温度计测量
温度的依据。
第四章热分析
4
（二）温标
温度是一个强度性参量，类似压强与密度，与所取物 质多少无关，和质量、体积一类广度性参量不同。
为实现温度的测量，必须规定温度的数值表示法── 温标。
温标包含三个要素：定义固定点及其指定的温度值、 内插仪器及内插公式。
第四章热分析
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2. 压力测温法 以压强为温度标志。 （1）工业用压力表式温度计； （2）定容式气体温度计，在温标的建立和研究中起着重 要作用，而很少用于一般测量； （3）蒸气压温度计，用于低温测量，是根据化学纯物质 的饱和蒸气压与温度有确定关系的原理来测定温度，其测温 精度高，常用作标准温度计，常用工作媒质为氧 （54.361～94K），氮（63～84K），氖（24.6～40K）， 氢（13.81～30K），氦（0.2～5.2K）。
这里的测量样品指试样本身或其反应产物，包括中间 产物。
该定义包括三方面内容。一是程序控温，一般指线性 升（降）温，也包括恒温、循环或非线性升、降温，或温 度的对数或倒数程序。二是选一种观测的物理量P（可以 是热学、力学、光学、电学、磁学、声学的等）。三是测 量物理量P随温度T的变化，而具体的函数形式往往并不十 分显露，在许多情况下甚至不能由测量直接给出它们的函 数关系。
第四章热分析
6
2. 热力学温标 是根据热力学第二定律定义的一种温标，过去也称为 开氏温标或绝对温标。 摆脱了以前各种经验温标的缺点，即不依赖于某种特 定的测温物质。 该温标于1848年由英国物理学家开尔文提出。他将 温标与理想可逆热机的效率相联系。 热力学温度除用开表示外，也可用摄氏温度表示，即 热力学摄氏温度ｔ，定义 t=T-273.15。
热分析技术 (Thermal Analysis)
国际标准ISO 11357-1：
DSC是测量输入到试样和参比物的热流量差或功率 差与温度或时间的关系
a
6
DSC与DTA测定原理的不同
DSC是在控制温度变化情况下，以温度（或时间） 为横坐标，以样品与参比物间温差为零所需供给 的热量为纵坐标所得的扫描曲线。
DTA是测量T-T 的关系，而DSC是保持T = 0， 测定H-T 的关系。两者最大的差别是DTA只能定 性或半定量，而DSC的结果可用于定量分析。
0.30
internal mixer (50C)
0.25
prepared sample
Heat Flow (W/g)
0.20
sample prepared from
0.15
cyclohexane solution
0.10
0.05
0.00 –120 –110 –100 –90 –80 –70 –60 –50 –40
K3＝0.6
T g(SS ) B 1W 6 c R w c 0 4 .1 7w 3 t5 w t0 4 .1 5w v 2 0 w v0 9 .6 2w s 0 2 w s7
a
36
1,2结构与St单元对SSBR Tg的影响
DSC Tg C
20
(70)
(60)
10
0
(50)
–10
(40)
–20
淬冷PET样品的DSC谱图
Tg处出峰是热焓松弛所致
a
15
固定温度下，材料体内固 有体积与自由体积是个恒 量：平衡体积(状态函数)
温度升高：吸纳自由体积 温度降低：排出自由体积
温度升高：热焓升高 温度降低：热焓降低
a
16
热分析
一、热分析概述1. 热分析定义：热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。
数学表达式： P=f(T 或t)P-物理性质T-温度 t-时间程序控制温度：线性升温（降温）、恒温、循环或非线性升温（降温）即：把温度看作是时间的函数物理性质：质量、温度、热焓、尺寸、机械、电、光、声、磁2. 热分析仪器的主要组成部分：1） 程序温度控制：加热器，制冷器，控温元件，程序温度控制器等。
程序温度控制器通常由程序温度毫伏电压发生器，偏差放大器、PID 放大器和可控硅控制器等所组成。
2） 气氛控制 3）物性测量单元 4）显示记录应尽量满足下列几点：（1）有足够的均温区。
即使样品所放置的位置略有不同，仍使整个样品在均温区内。
如果炉膛的均温区不够或温度分布不均都会造成基线的偏移，影响检测精度。
（2）炉子的热容量要小，升降温要快。
（3）炉温控制精度要高，以保证样品线性升温或降温。
3. 热分析的应用范围：（1）具有可测的物性。
（2）所测的量必须直接或间接的与温度有关。
（3）必须在控制温度下进行测量。
二、差热分析（DTA ）1. 原理：在程序温度控制（升温或降温）下，测量试样与参比物（热惰性物质）之间的温度差与温度关系的一种技术。
2. 基本组成：加热炉、温度控制器、信号放大系统、气氛控制设备、差热系统及记录系统。
•加热炉：加热试样的装置，种类繁多。
低温炉、高温炉、超高温炉；立式、卧式炉；加热炉中炉芯管和发热体材料根据使用温度及条件而不同。
•温度控制系统：保证炉内温度按给定的速率均匀稳定地升降温，常用速率为1-20C/min 。
•信号放大系统：通过直流放大器将差热电偶产生的微弱温差电动势放大、增幅、输出。
•记录系统：采用双笔记录仪自动记录。
3. DTA 测试存在缺陷：1） DTA 测量的温差△T 除与试样热量变化有关外，尚与体系的热阻有关。
热阻本身不是一个确定量，与热传导系数和热容系数有关，即与实验条件有关。
热分析
热分析1.什么是热分析？热分析程序温度下，测物质的物理性质与温度关系的一类技术只要将总定义中的物理性质代换成诸如质量、温差等物理量，就很容易得到各种热分析方法的定义热重法程序温度下，测量物质的质量与温度关系的技术差热分析程序温度下，测物质和参比物的温度差与温度关系的技术2.热分析包括：差示扫描热量法差热分析热重法3.热重（TG）基本原理在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中,观察样品的质量随温度或时间的变化过程。
应用：质量变化热稳定性分解温度组分分析脱水腐蚀/氧化还原反应动力学4.同步热分析的优势样品的TG(质量变化) 和DSC(热量) 效应可以在一次测量中完成•缩短测试时间•确保了测试结果的可比性不会受测试条件的影响不会受样品制备的影响不会受材料的不均一性的影响5.常规 DTA测量方法恒定加热速率时，测样品温度的变化速率通常T稳速上升，熔化或吸/放热反应T平台参比物：在所测范围内不发生任何热效应记录样品与参比物之间的温差Al2O36.DSC 基本原理及应用在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中，测量样品与参考物之间的热流差，以表征所有与热效应有关的物理变化和化学变化。
7.第一次升温 ：● 玻璃化转变在转变区域往往伴随有应力松弛峰● 热固性树脂：若未完全固化，第一次升温Tg 较低，伴有不可逆的固化放热峰 ● 部分结晶材料：计算室温下的原始结晶度 ● 吸水量大的样品（如纤维等）：往往伴有水分挥发吸热峰，可能掩盖样品的特征转变高分子材料的二次升温● 玻璃化转变：消除了应力松弛峰，曲线形状应用：• 玻璃化转变 • 熔融、结晶 • 熔融热、结晶热 • 共熔温度、纯度 • 物质鉴别 • 相容性• 热稳定性、氧化稳定性 • 反应动力学 • 热力学函数 • 液相、固相比例典型而规整●热固性树脂（未完全固化）：玻璃化温度一般会提高。
●部分结晶材料：经过特定冷却条件（结晶历史）研究结晶度、晶体熔程／熔融热焓与结晶历史关系。
热分析基础资料
第一章 绪 论
第一节 热分析的定义及发展概况
热分析（thermal analysis），顾名 思义，可以解释为以热进行分析的一 种方法。1977年在日本京都召开的国 际热分析协会（ICTA）第七次会议上， 给热分析下了如下定义：即热分析是 在程序控制温度下，测量物质的物理 性质与温度的关系的一类技术。
1964年美国瓦特逊（Watson）和 奥尼尔（O’Neill）在DTA技术的基础 上发明了差示扫描量热法（DSC）， 美国P－E公司最先生产了差示扫描量 热仪，为热分析热量的定量作出了贡 献。
1965年英国麦肯才（Mackinzie）和 瑞德弗(Redfern)等人发起，在苏格兰 亚伯丁召开了第一次国际热分析大会， 并成立了国际热分析协会。
差热分析
DTA
电学量
热电学法
磁学量
热磁学法
第二章 热重法（TG）
第一节 热重法定义及失重量的计算方法
一、热重法定义
热重法（Thermogravimetry）简称TG，是 在程序控制温度下，测量物质的质量与温度 关系的一种技术。数学表达式为：
W=f (T或t) 记录的曲线称为热重曲线或TG曲线。
静态法（等温热重法） ——在等温条件下测量物质质量与温度关系的一种
方法。 ——准确度高，费时。 • 动态法（非等温热重法） ——热重分析、微商热重分析。 ——在程序升温下，测定物质质量变化与温度的关
系。 ——微商热重分析又称导数热重分析 （Derivative thermogravimetry，简称DTG） 准等温热重法 ——在接近等温条件下测量物质质量与温度关系的
第二节 热分析应用领域及研究内容
通过 物质的晶态转变、熔融、蒸发、 脱水、升华、吸附、解附、玻璃化转变 、热容变化、液晶转变、燃烧、聚合、 固化、模量、阻尼、热化学常数、纯度 等性质，从而获得物质的微观结构热变 化的根源，寻找出微观与宏观性能的内 在联系，对于材料的研究开发和生产中 的质量控制都具有很重要的实际意义
热分析
热分析热分析是一项重要的实验技术，广泛应用于许多科学领域，包括材料科学、化学、物理学等。
对于研究热性质、物质相变、化学反应等问题具有重要意义。
本文将对热分析技术进行详细介绍，包括其原理、仪器设备以及应用领域等方面。
热分析是一种基于样品在特定温度下受热后物理和化学性质的变化来研究物质性质的实验方法。
根据不同的分析需求和性质变化参数，常见的热分析技术包括热重分析（TG）、差示扫描量热法（DSC）、热膨胀分析（TMA）等。
热重分析是通过测量物质在升温过程中失去或增加的质量来分析样品的物理和化学性质。
该技术可以用于研究材料的热稳定性、热解过程、水分含量等。
热重分析仪的主要部件是电子天平和加热炉。
通过记录样品质量随温度变化的曲线，可以获得样品质量变化的信息。
差示扫描量热法是一种通过测量物质在升温过程中吸收或释放的热量来研究样品性质的方法。
它可以用于研究材料的热性质、相变行为、化学反应等。
差示扫描量热仪的主要部件是样品室、参比室以及两个温度控制系统。
通过比较样品室和参比室的温度差异以及吸收或释放的热量来得到样品的热性质信息。
热膨胀分析是一种通过测量物质在升温过程中尺寸变化来研究样品性质的方法。
它可以用于研究材料的热膨胀性质、玻璃转化温度、热膨胀系数等。
热膨胀分析仪的主要部件是样品仓和位移传感器。
通过测量样品长度、体积随温度的变化曲线，可以得到样品的热膨胀性质的信息。
除了以上介绍的常见热分析技术，还有一些其他的热分析方法，如差示热膨胀（Dilatometry）、热导率分析（Thermal Conductivity Analysis）、等温流动镜面反射（Isothermal Flowing Mirror Reflectometry）等。
这些技术在不同的领域有着广泛的应用，可以用于材料研究、药物开发、环境监测等。
热分析技术在材料科学中有着重要的应用。
通过研究材料的热性质，可以了解材料在不同温度下的稳定性、相变行为以及热膨胀性质等。
热分析法--课件
差热分析仪结构
1-参比物；2-样品；3-加热块；4-加热器；5-加热块热电 偶；6-冰冷联结；7-温度程控；8-参比热电偶；9-样品 热电偶；10-放大器；11-x-y记录仪
STA 449 C型综合热分析仪
DIL 402PC型热膨胀仪
TAS-100型热分析仪
理研究；
新化合物的发现。
失重量的计算
热失重有关的几个名词：热天平；试样；试样 支持器；平台；起始温度（Ti）；终止温度 （Tf）；反应区间Ti~Tf。
实验条件：质量mg；扫描速率（升温速率） ℃/min；温度范围（℃或K）；气氛等。
以草酸钙脱水失重为例
三个脱水失重区间失重率的计算如下： ΔW1%=（W0-W1）100%/W0 ΔW2%=（W1-W2）100%/W0 ΔW3%=（W2-W3）100%/W0 ΔW%=（W0-W1）100%/W0 总 （失 W0重-W率3）1Δ0W0%=Δ/WW01+ΔW2+ΔW3也可用ΔW%= 残渣：100%-ΔW%=W渣%
气氛； 记录纸速：不同的纸速使DTA峰形不同； 升温速率：影响峰形与峰位；
样品用量：过多则会影响热效应温度的准确测量， 妨碍两相邻热效应峰的分离等。
§15.2 差示扫描量热法
一、基本原理与差示扫描量热仪 差示扫描量热法(DSC)：在程序控制温度条件下，
测量输入给样品与参比物的功率差与温度关系的 一种热分析方法。 DSC有功率补偿式差示扫描量热法和热流式差示 扫描量热法两种类型。
依据共混物DTA曲线上的特征峰(熔融吸热峰)确定共混物由高 压聚乙烯(HPPE)、低压聚乙烯(LPPE)、聚丙烯(PP)、聚次甲 氧基(POM)、尼龙6(Nylon 6)、尼龙66(Nylon 66)和聚四氟 乙烯(PTFE)7种聚合物组成。
热重分析1
课程内容
发展历史。 热分析技术的概述。
TG原理及应用案例。
DTA (DSC)原理及应用案例。 热分析的应用领域。
热分析的发展简史
公元前600年-18世纪
在文献[1]中回顾了与热 有关的相转变现象的早期历史阶段 鉴定粘土
1887年 Le Chàtelier 利用升温速率变化曲线来
Diamond TG/DTA/DSC同步热分析仪器
产品编号： C10450 产品型号： Labsys16
原产地： 法国SETARAM公司
1.RT~1600℃;最大样品重量：20g 2.重量分辨率：0.4μg;温度精度：＜0.5℃ 3.量热精度：＜3%;热失重准确度：＜0.5% 4.DSC分辨率：0.4μW;加热速率：0.01~50.00℃ 5.冷却速率：1600~50℃，小于40分钟
TGA S-1000/1500热重分析仪 产品编号： C12537 产品型号： S-1000/1500
原产地： 韩国SCINCO
仪器介绍
TGA S-1000/1500是一台由计算机控制的仪器，它配有精确定位的气动炉，操作方便。小体积 加热炉可快速加热和冷却。小体积吹扫可保证气体的严格控制。实验由新方法文件启动。该 方法文件可使实验回复到起始阶段。 这些方法文件作为实验的临时文件，包含了所有的校准信息。TGA S-1000/1500可自动称量样 品，数据被直接保存到数据文件中。样品也可在外部天平称量，然后放置到样品池中。 操作过程中，实验实时进行，且缩放比例随时间不断变化。一旦数据被采集，各种分析形式 及图谱便产生了。 TGA S-1000/1500和Windows软件结合提供了一个良好的成本-效率体系，它适用于各种热重分 析仪。
热分析 ppt
差热分析曲线
温差 温度
1. 差热分析仪
由加热炉、试样容器、热电偶、温度控制系统及 放大、记录系统等部分组成。
1、加热炉 2、试样 3、参比物 4、测温元件 5、温差热电偶 6、测温元件 7、温控元件
差热分析仪
2、差热分析曲线
国际热分析协会ICTA
（International Confederation for Thermal Analysis ）
DTA与DSC比较
DTA:定性分析、测温范围大（(1650 ℃) DSC:定量分析、测温范围800℃以下
DSC的温度、能量和量程校正
——利用标准物质的熔融转变温度进行温度校正 ——利用高纯金属铟(In）标准熔融热容进行能量校正。 ——利用铟进行量程校正。
6.3.2 DSC曲线
示差扫描量热测定时记录的热谱图称之为DSC 曲线，其纵坐标是试样与参比物的功率差dH/dt， 也称作热流率，单位为毫瓦（mW），横坐标为温 度（T）或时间（t）。一般在DSC热谱图中，吸热 (endothermic)效应用凸起的峰值来表征 (热焓增加)， 放热(exothermic)效应用反向的峰值表征(热焓减少)。
因此，具有僵硬的主链或带有大的侧基的聚合物具有 较高Tg；链间具有强吸引力的高分子具有较高的Tg。
(2)相对分子质量对Tg的影响
分子量对Tg的影响可用下式表示: Tg
Tg
=
Tg
-
K Mn
Tg : 分子量为无穷大时的玻璃化温度
K : 每一种聚合物的特征常数
Mc
M
当分子量较低时，Tg随分子量增加而增加；当分子量达 到某 一临界值时，Tg→Tg(∞)，不再随分子量改变。
应力历史
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在程控温度下，测量物质非振动 负荷下的形变与温度关系的技术。 负荷方式有拉、压、弯、扭、针 入等。。 在程控温度下,测量物质在振动 负荷下的动态模量和（或）力学 损耗与温度关系的技术。其方法 有悬臂梁法、振簧法、扭摆法、 扭辫法和粘弹谱法等
物理 性质
方法名称 定 义
电学 热电学法 在程控温度下，测量物质的电 性质 Thermoelectronmetry 学特性与温度关系的技术。通 常测量电阻、电导和电容。
•医药品 •香料･化妆品 •有机、无机药品 •电子材料 •触媒 •木材･纸 •火药 •建材 •公害 •工业废弃物 •玻璃 •金属 •陶瓷･粘土･矿物 •水泥
热分析的历史
DSC
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TG
DTA
TMA
复合分析 21
二、热重分析（TG）
• 1、基本结构与原理
• 2、热重分析曲线及相关名词 • 3、影响因素与实验要求
• （3）TG曲线对于某些受热过程中出现的台阶不 大明显，但利用DTG则能呈现明显的最大值。所 以DTG能很好显示出重叠反应，分析各个反应阶 段。
15:56 2
• 1899，英国人罗伯特－奥斯汀（RobertsAusten W.C.）改良了恰特利的装置，第一 次使用了差示热电偶和参比物，采用两个 热电偶反相连接，一个热电偶插入样品中， 另一个插到参比物内，记录试样与参比物 间产生的温度差ΔT，大大提高了测定的灵 敏度。正式发明了差热分析（DTA）技术。 这就是目前广泛使用的差热分析法的原始 模型。
法（ＴＤ） Thermodilatometry 尺寸 (linear; volume)
在程控温度下，测量物质在可忽略负 荷时的尺寸与温度关系的技术。其中 有线热膨胀法和体热膨胀法。
物理 性质
方法名称
定
义
力 学 性 质
热机械分析（TMA） Thermomechanical Analysis(length or volume) 动态热机械法（ＤＭＡ） Dynamic Thermomechanometry; Dynamic Mechanical Analysis Torsional Braid Analysis (TBA)
质
物理 性质
方法名称 定 义
热发声法 Thermosonimetry
声学 性质 热传声法 Thermoacoustimetry
在程控温度下，测量物质发出 的声音与温度关系的技术。
在程控温度下,测量通过物质后 的声波特性与温度关系的技术。
磁学 热磁法 在程控温度下，测量物质的磁 性质 Thermomagnetometr 化率与温度关系的技术。 y
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5
• 1965年英国麦肯才（Mackinzie）和瑞德 弗(Redfern)等人发起，在苏格兰亚伯丁召 开了第一次国际热分析大会，并成立了国 际热分析协会。 • International confederation for thermal analysis, 简称ICTA; • 现称International confederation for thermal analysis and calorimetry, 简称 ICTAC)
方法名称
定
义
热光学法 Thermophotometry
在程控温度下，测量物质的光学特性 与温度关系的技术。
在程控温度下,测量物质在一定特征波 长下透过率和吸光系数与温度关系的 技术。
热光谱法
Thermospectrometry
光
学
性
热折光法 在程控温度下，测量物质折光指数与 Thermorefractomet 温度关系的技术。 ry 热释光法 Thermoluminesenc e 热显微镜法 Thermomicroscopy 在程控温度下，测量物质发光强度与 温度关系的技术。 在程控温度下，用显微镜观察物质形 态变化与温度关系的技术。
• 按照定义，称为热分析技术必须满足下述 三条标准： • 1．必须测量物质的某种物理性质。诸如热 学的、力学的、电学的、光学的、磁学的 和声学的等。因此，热分析技术所涉及的 范围极其广泛。 • 2．测量的物理量必须直接或间接表示为温 度关系。 • 3．测量的物理量必须在程控温度下测定。
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1、热重分析原理
• 热重分析（Thermogravimetry 简称
TG）：是在程序控制温度下，测量物质的质量
随温度变化的一种技术。 • 原理：许多物质在加热过程中会在某温度发生分 解、脱水、氧化、还原和升华等物化变化而出现 质量变化，其质量变化的温度（T）和质量变化 百分数(%)随物质的结构及组成而异。 • 热重分析仪的基本结构：精密天平 加热炉 温控 单元
热介电法 Thermodielectric Analysis Dynamic Dielectric Analysis （ＤＤＡ）
在程控温度下,测量物质在交变 电场下的介电常数和（或）损 耗与温度关系的技术。测量介 电常数、损耗因子、导电性能、 电阻率（离子粘度）、固化指 数（交联程度）等
物理 性质
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10
3、热分析分类
加热 热量变化 重量变化 长度变化 物 质 粘弹性变化 气体发生 冷却 热传导 其 他
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DTA TG
DSC DTG
（微分热重分析）
TMA（热机械分析）
DMA（动态机械分析） EGA（逸出气分析）
热分析方法的分类及定义
物理 性质
方法名称
定
义
质
热重法 (TG) Thermogravimetry 微商热重法（DTG） Derivative Thermogravimetry
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19
热分析的基本特征 • ④ 可在静态或动态气氛进行测量，如有需 要可采用氧化性气氛、惰性气体、还原气氛、 腐蚀性气体、含水汽的气体、减压（或真空） 等各种气氛。 • ⑤热分析结果受实验条件的影响 • ⑥应用广泛
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分析装置的利用领域
熱分析の木
•食品 •生物体･液晶 •油脂･肥皂 •洗涤剂 •橡胶 •高分子･塑料 •纤维 •油墨･顔料･ •染料･涂料 •粘着剂
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•
热重曲线及相关名词 热重曲线（TG曲线）：由热重分析记录的质量变化(%)对温度
（T）的关系曲线。TG曲线以质量作纵坐标，从上向下表示质量 减少；以温度(或时间)作横坐标，自左至右表示温度(或时间)增 加。
起始温度（Ti）
a
b
终止温度（ Tf ）
基线（或平台）：ab cd 失重百分数为
物理 性质
方法名称
定
义
同时联用技术 Simultaneous Techniques
耦合联用技术 Coupled
Simultaneous Techniques
在程控温度下，对一个试样同时采用两种 或多种热分析技术。例如热重法和差热分 析联用，即以ＴＧ－ＤＴＡ表示。
联 用 技 术
在程控温度下,对一个试样同时采用两种或 多种分析技术，而所用的这两种仪器是通 过一个接口（interface)相连接。例如差 热分析或热重法与质谱联用，并按测量时 间上的次序，标以ＤＴＡ－ＭＳ或ＴＧ－ ＭＳ（ＧＣ）
第三章 热分析技术
一、热分析概述 二、热重分析 (TG) 三、差热分析 (DTA) 四、差示扫描量热仪 (DSC) 五、综合热分析
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1
1、热分析的起源与发展
发明人：Chatelier .H.Le(1887) 把Pt-Pt10%Rh热电偶(用一根热电偶)插入 受热的粘土试样中，热电偶电动势用照相 法记录下来，若粘土在加热过程中没有发 生热变化，则照相记录是一系列距离的线 条，若有热变化，则线条是由一系列疏密 不同的线条组成的。由于只用了一根热电 偶，严格说只能叫热分析，算不上差热分 析。
热分析一般术语
• 差或差示（Differential）：在程序温度下，两个相同 的物理量之差。 • 微商或导数（Derivative）：在程序温度下，物理量 对温度或时间的变化率。 • 扫描——指升\降温，即对温度轴进行扫描。 • 热分析角注符号（Subscripts）：热分析角注符号避 免用多字母表示。
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M 0 M1 100% M0
Ti
c
Tf
d
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微商热重法(DTG)
以物质的质量变化速率dm/dt 对温度T(或时间t) 作图，即得DTG曲线 DTG曲线上的峰——质量变化速率最大点，作 为质量变化/分解过程的特征温度，代替TG曲线 上的阶梯，峰面积正比于试样质量。 DTG曲线比TG曲线优越性大，它提高了TG曲 线的分辨力。
关系到物体的用大写下标表示，如ms表示试样的质量， TR是参比物的温度。
涉及出现的现象用小写下标，如Tg表示玻璃化转变温度， Tc结晶温度，Tm熔化温度，To固态转变温度。
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• 热分析曲线（Curve）:在程序温度下，使用热分 析仪器扫描出的物理量与温度或时间关系的曲线。 指热分析仪器直接绘制的原曲线。 • 升温速率（dT/dt 或，Heating rate）:程度温度 对时间的变化率。其值不一定为常数，且可正可 负。单位为K· min-1或℃· min-1。当温度-时间曲线 为线性时，升温速率为常数。 • 温度可以热力学温标（K）或摄氏温标（℃）
在程控温度下，测量物质的质量与温 度关系的技术。横轴为温度或时间， 从左到右逐渐增加；纵轴为质量，自 上向下逐渐减少。 将热重法得到的热重曲线对时间或温 度一阶微商的方法。横轴同上；纵轴 为重量变化速率。
量
逸出气体检测（EGD） 在程控温度下，定性检测从物质中逸 出挥发性产物与温度关系的技术（指 Evolved Gas 时检测气体的方法） Detection 逸出气体（EGA） Evolved Gas Analysis 在程控温度下，测量从物质中释放出 的挥发性产物的性质和（或）数量与 温度关系的技术（指分析方法）