玻璃化溫度表現(xiàn)特點(diǎn)，玻璃化溫度測(cè)量方法及測(cè)試原理

簡(jiǎn)介


高分子聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是高分子聚合物的特征溫度之一。以玻璃化溫度為界，高分子聚合物呈現(xiàn)不同的物理性質(zhì)：在玻璃化溫度以下，高分子材料為塑料；在玻璃化溫度以上，高分子材料為橡膠。從工程應(yīng)用角度而言，玻璃化溫工程塑料使用溫度的上限，是橡膠或彈性體的使用下限。

高分子聚合物玻璃化溫度表現(xiàn)特點(diǎn)：表征方法及測(cè)試原理

1．膨脹計(jì)法

在膨脹計(jì)內(nèi)裝入適量的受測(cè)聚合物，通過抽真空的方法在負(fù)壓下將對(duì)受測(cè)聚合物沒有溶解作用的惰性液體充入膨脹計(jì)內(nèi)，然后在油浴中以一定的升溫速率對(duì)膨脹計(jì)加熱，記錄惰性液體柱高度隨溫度的變化。由于高分子聚合物在玻璃化溫度前后體積的突變，因此惰性液體柱高度-溫度曲線上對(duì)應(yīng)有折點(diǎn)。折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度即為受測(cè)聚合物的玻璃化溫度。

2．折光率法

利用高分子聚合物在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度前后折光率的變化，找出導(dǎo)致這種變化的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

3．熱機(jī)械法（溫度-變形法）

在加熱爐或環(huán)境箱內(nèi)對(duì)高分子聚合物的試樣施加恒定載荷；記錄不同溫度下的溫度-變形曲線。類似于膨脹計(jì)法，找出曲線上的折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度，即為：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

4．DTA法（DSC）

以玻璃化溫度為界，高分子聚合物的物理性質(zhì)隨高分子鏈段運(yùn)動(dòng)自由度的變化而呈現(xiàn)顯著的變化，其中，熱容的變化使熱分析方法成為測(cè)定高分子材料玻璃花溫度的一種有效手段。目前用于玻璃化溫度測(cè)定的熱分析方法主要為差熱分析（DTA和差示掃描量熱分析法（DSC）。以DSC為例，當(dāng)溫度逐漸升高，通過高分子聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，DSC曲線上的基線向吸熱方向移動(dòng)（見圖）。圖中A點(diǎn)是開始偏離基線的點(diǎn)。將轉(zhuǎn)變前后的基線延長(zhǎng)，兩線之間的垂直距離為階差ΔJ，在ΔJ/2 處可以找到C點(diǎn)，從C點(diǎn)作切線與前基線相交于B點(diǎn)，B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度值即為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。

5．動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析（DMA）法

高分子材料的動(dòng)態(tài)性能分析（DMA）通過在受測(cè)高分子聚合物上施加正弦交變載荷獲取聚合物材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)。對(duì)于彈性材料（材料無粘彈性質(zhì)），動(dòng)態(tài)載荷與其引起的變形之間無相位差（ε=σ0sin(ωt)/E）。當(dāng)材料具有粘彈性質(zhì)時(shí)，材料的變形滯后于施加的載荷，載荷與變形之間出現(xiàn)相位差δ：ε=σ0sin(ωt+δ)/E。將含相位角的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系按三角函數(shù)關(guān)系展開，定義出對(duì)應(yīng)與彈性性質(zhì)的儲(chǔ)能模量

G’=Ecos（δ）

和對(duì)應(yīng)于粘彈性的損耗模量

G”=Esin（δ）

E因此稱為**模量

E=sqrt(G’2+G”2)

由于相位角差δ的存在，外部載荷在對(duì)粘彈性材料加載時(shí)出現(xiàn)能量的損耗。粘彈性材料的這一性質(zhì)成為其對(duì)于外力的阻尼。阻尼系數(shù)

γ=tan（δ）=G’’/G’

由此可見，高分子聚合物的粘彈性大小體現(xiàn)在應(yīng)變滯后相位角上。當(dāng)溫度由低向高發(fā)展并通過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，材料內(nèi)部高分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生變化，與分子結(jié)構(gòu)形態(tài)相關(guān)的粘彈性隨之的變化。這一變化同時(shí)反映在儲(chǔ)能模量，損耗模量和阻尼系數(shù)上。下圖是聚乙酰胺的DMA曲線。振動(dòng)頻率為1Hz。在-60和-30°C之間，貯能模量的下降，阻尼系數(shù)的峰值對(duì)應(yīng)著材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。相應(yīng)的溫度即為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。

6．核磁共振法（NMR）

溫度升高后，分子運(yùn)動(dòng)加快，質(zhì)子環(huán)境被平均化（處于高能量的帶磁矩質(zhì)子與處于低能量的的帶磁矩質(zhì)子在數(shù)量上開始接近；N-/N+=exp(-E/kT)），共振譜線變窄。到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，Tg時(shí)譜線的寬度有很大的改變。利用這一現(xiàn)象，可以用核磁共振儀，通過分析其譜線的方法獲取高分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
塑料玻璃化溫度表現(xiàn)特點(diǎn)，玻璃化溫度測(cè)量方法及測(cè)試原理