热分析方法及其测试技术.

测量物理量：仪器选择；
相对的表征技术。
高分子结构与性能的现代测试技术
常见热分析方法及其物理量
1. 热重分析（TGA）→ 质量 2. 差热分析（DTA）→ 热量（温差） 3. 示差扫描量热法（DSC） →热量
4. 热膨胀分析（DIL） →体积尺寸
5. 热机械分析（TMA） →力学 6. 动态热机械分析（DMA） →力学 7. 热介电分析（DETA） →电学
80
18.746%
分解机理分析
CaC2O4.H2O (146.1)
H2O CO CO2 CaO
18 28 44 56.1 12.32% 19.16% 30.09% 38.40%
527 C
o
CO o 591 C CO2
61.19%
60
30.09%
771 C
o
40
T( C)
0 200 400 600 800
Ti
100 80
Tei
失重量计算
纵坐标为mg时 绝对含量：w1; 相对含量：w1/w0 纵坐标为%时 绝对含量：w0w1; 相对含量：w1
weight ( % )
T1% T5% T10% Ta%
W1
60
40
20
平台区
0
组份1 组份2 降解（失重）区
o
平台区
500
100
200T ( C ) 300
400
仪器和夹具选择；
实验参数设置方法； 数据分析及表征。
高分子结构与性能的现代测试技术
热分析和热分析仪 物体受热
加热炉
物理化学 过程
物理量(P)
P = f(T,t)
温度
T (t)
高分子结构与性能的现代测试技术
玻璃化转变温度的表征
热 量
Tg
DETA Curve
DSC curve
20 40 60 80 100 120 140
高分子结构与性能的现代测试技术
特征温度的描述
1、始点温度：材料开始失重的温度，偏离基线的温度点； 2、外推始点温度：TG曲线的基线延长线与最大斜率点切 线的交点的温度Tei． 3、定失重量温度：规定一个失重百分数，求材料在该失重 量下对应的温度；如1%，5%，10%，50%的温度； 4、终止温度，材料结束失重的温度Tf， 5、外推终止温度Tf； 6、最大失重速率处温度Tp；
8、平台区：不发生重量变化的区域平台；
9、反应区：发生重量变化的区域；
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降解温度的表征
外推起始点温度Tei。
热稳定性的评定
1、特征温度的比较：特征温度越高，热稳定性越好。
通常将T0.01、T0.05、T0.1、T0.5四个定失重温度值和 外推起始点温度Tei，5个特征温度作为描述高分子材
Tg
Storage M
体 积
Tg
TMA Curve
20 40 60 80 100 120 140
Loss M Tan Delta
Tg DMA Curves
80 100 120 140 160 180 200 220
20
40
60
高分子结构与性能的现代测试技术
热分析定义：
在程序控温和一定的气氛下，测量物质 的物理性质与温度的关系的一种技术。 程序控温：物体承受的温度程序； 气氛：合适的气氛及其流速； 物理性质：物理过程；
高分子结构与性能的现代测试技术
热分析方法及其测试技术
(TGA，DSC)
曾春莲
2010年4月
高分子结构与性能的现代测试技术
主要内容 热分析介绍
仪器工作原理及应用；
实验方法建立； 数据分析及表征。
热重分析仪(TGA)
差热分析(DTA,DSC) 热膨胀仪（DIL） 热机械分析(TMA) 动态热机械分析(DMA) 实验室介绍
高分子结构与性能的现代测试技术
TG和DTG曲线
100
Deriv. weight ( %/min )
200T ( C ) 300
o
1.5
[weight ( mg )]
80
weight ( % )
60
1.0
40
0.5
20
0
0.0
100
400
500
高分子结构与性能的现代测试技术
TG曲线及其特征温度的表征
高分子结构与性能的现代测试技术
热 重 分 析 （TGA）
高分子结构与性能的现代测试技术
时间
温度
质量
氧化、还原、吸附、解吸咐、降解 温度、组分和含量
高分子结构与性能的现代测试技术
Tቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA在聚合物研究中的应用 分解温度的测定 热稳定性的评定 组分及组分含量的分析 热降解动力学及其表征参数
高分子结构与性能的现代测试技术
料热稳定性等热物理性能的数据。
2、失重量和残余量: 失重量越少、残余量越多，热稳定越好。
高分子结构与性能的现代测试技术
增塑剂对热稳定性的影响
聚氯乙烯
高分子结构与性能的现代测试技术
组分分析及定量计算
116 C
100
o
CaC2O4.H2O
12.36%H O o o 2 391 C 200 C
weight (% )
( C/min)
o
2.5 5 10 20
o
CaO
38.81%
1000
一水草酸钙的降解过程
高分子结构与性能的现代测试技术
包装袋中PS 和CaCO3含量
PS
CaCO3
高分子结构与性能的现代测试技术
共混物组分含量的测定
聚四氟已烯和缩醛共混物的TG曲线
高分子结构与性能的现代测试技术
玻璃纤维增强尼龙中的水份和玻璃纤维的含量
高分子结构与性能的现代测试技术
记录仪
热重分析工作原理示意图
高分子结构与性能的现代测试技术
TGA实验方法 常用实验方法：动态 在线性升温速率下，检测材料的质量与温度关系。 横坐标：温度（T），单位度（oC） 纵坐标：质量（w），单位毫克（mg）或百分数%。 常用升温速率：10 oC/ min; 常用气氛：氮气和空气； 常用坩锅：铂金坩埚和Al2O3陶瓷坩埚； 常用重量：(5-6)mg。
聚合物的含量、含碳量和灰分测定
455.7oC W(%)
分析结果
聚苯醚:65.21％
含碳量:29.45％ 65.21%
652.3oC
残渣含量:5.34％
522.7oC
29.45%
712oC
5.34%
T ( oC )
氮气
空气
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TGA研究高聚物降解动力学
weight ( % )
基本构造：精密热天平和可程序控温的加热炉
天 平
炉子
天 平 样品盘 天 平
热天平结构示意图
高分子结构与性能的现代测试技术
天平工作原理
回复力
质量变化 零位天平
天平梁倾斜
质量变化 变位天平
天平分类
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热重分析工作原理
灯源 光栅 紧带 光电倍增器
磁铁
反馈线圈 温控器 热电偶 测重器