热分析方法及其测试技术

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

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 CurveDSC curve20 40 60 80 100 120 140

TgStorage M

体 积Loss MTg

Tan DeltaTMA Curve20 40 60 80 100 120 140

Tg DMA Curves80 100 120 140 160 180 200

20

40

60

22

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；

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

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热 重 分 析 (TGA)

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时间

温度质量

氧化、还原、吸附、解吸咐、降解 温度、组分和含量

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TGA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

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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

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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

记录仪

热重分析工作原理示意图

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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A

l2O3陶瓷坩埚； 常用重量：(5-6)mg。

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TG和DTG曲线100

Deriv. weight ( %/min )200T ( C ) 300o

1.5

[weight ( mg )]

80

weight ( % )

60

1.0

40

0.5

20

0

0.0

100

400

500

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TG曲线及其特征温度的表征Ti100

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

80

weight ( % )

T1% T5% T10% Ta%

W1

60

40

20

平台区0

组份1 组份2 降解(失重)区200T ( C ) 300o

平台区400 500

100

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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；