現(xiàn)代材料分析測試技術(shù)熱重分析法TGA

熱重分析法（ＴＧＡ）

---ThermogravimetricAnalyzerTGA定義

熱重分析法是在程序控溫下測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。物質(zhì)的質(zhì)量溫度程序控溫下G=f(T)熱降解熱氧降解降解動力學(xué)TGA儀器結(jié)構(gòu)與測量原理平衡砝碼盤微電流放大器光源擋板光電管加熱器磁鐵感應(yīng)線圈支架梁樣品盤熱電偶影響TGA實驗結(jié)果的因素1.樣品盤的影響:樣品盤一般為惰性材料（鉑、陶瓷等）

注意：堿性試樣不能用石英或陶瓷樣品盤；鉑對許多有機化合物和某些無機化合物有催化作用。2.升溫速率的影響：升溫速率越大，所得特征溫度越高3.氣氛的影響：一般采用動態(tài)氣氛，熱降解用氮氣，熱氧降解用空氣或氧氣TG在聚合物研究中的應(yīng)用比較不同高聚物的相對熱穩(wěn)定性

五種聚合物的TGA曲線實驗條件同一熱失重儀上PI>PTFE>HDPE>PMMA>PVC.分解溫度順序為：相同測試條件溫度范圍：室溫~800oC；升溫速率：10oC/min；流動N2保護聚酰亞胺（PI--Polyimide)的結(jié)構(gòu)NCCOONCCOOCH2nPI分子結(jié)構(gòu)中含有大量芳雜環(huán)，因而其熱穩(wěn)定性很好；長期使用溫度可達到250oC，短期使用溫度可達到450oC聚四氟乙烯（PTFE）1.鍵能:C-F:485.3>C-H:414.2(kJ/mol)2.聚四氟乙烯分子中CF2單元按鋸齒形狀排列，由于氟原子半徑較氫稍大，所以相鄰的CF2單元不能完全按反式交叉取向，而是形成一個螺旋狀的扭曲鏈，氟原子幾乎覆蓋了整個高分子鏈的表面/post/ptfe-properties-and-applications.html(CC)FFFFn(CC)HHHH聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）(CC)HCH3HCnOOCH3PVC熱穩(wěn)定性最差，這是由它特殊的分子結(jié)構(gòu)所決定的：PVC中的Cl原子與H原子形成了氫鍵，因為氫鍵的作用力較弱，因而在較低溫度就可斷裂。聚氯乙烯（PVC）(CC)HClHHnPVC分解分兩個階段的原因420oC左右。由于PVC主鏈斷裂引起。(兩個相互競爭的反應(yīng)(分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)和分子間交聯(lián)反應(yīng))第一階段：200oC~300oC之間由于大分子鏈脫HCl引起。第二階段：2增重現(xiàn)象的研究3.材料成分分析

聚合物中的添加劑和雜質(zhì)可分為兩類：一類是揮發(fā)性物質(zhì)，如水和增塑劑等，它們由于分子量低，一般在樹脂分解之前就已分解掉；另一類是無機填料，如SiO2、碳纖維等，它們熱穩(wěn)定性很高，一般在基體樹脂分解以后仍然殘留因此可以根據(jù)各組分失重量計算出它們在樣品中的百分含量。SiO2和碳黑填充聚四氟乙烯的TG曲線4.研究聚合物的固化過程酚醛樹脂等溫固化曲線

酚醛樹脂固化過程中生成小分子H2O脫水失重量最多的固化溫度最佳的固化溫度5.材料熱老化壽命的估算

ln=a/T+b

-失重10%所需時間T-溫度例：化纖助劑215oC和236oC恒溫失重，失重10%所需時間分別為282.4min,64min，代入上式，得

ln=7.624×103.1/T-13.172由上式可得任何溫度時的熱壽命6.聚合物熱降解和熱氧降解動力學(xué)研究熱分析聯(lián)用技術(shù)DTA-TGA聯(lián)用DSC-TGA聯(lián)用高溫裂解質(zhì)譜-TGA聯(lián)用IR-TGA聯(lián)用LDPE（LLDPE）具有優(yōu)異的柔韌性和延展性，廣泛應(yīng)用于吹塑薄膜、制造器皿、擠出管材等。其主要缺點是剛性較差、軟化點較低等。納米SiO2是一種新型無機填料，具有特殊納米尺寸效應(yīng)和表面界面效應(yīng)。納米SiO2與LDPE填充共混可提高基體的模量，熱穩(wěn)定性和改善基體的保溫性綜合實例：納米SiO2填充LLDPE復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和熱氧穩(wěn)定性研究

熱穩(wěn)定性

Fig.1TGthermogramsofLLDPEfilledwithdifferentnano-SiO2content(nitrogenatmosphere)1:LLDPE2:U13:U24:U3基體熱穩(wěn)定性提高的原因：（1）納米SiO2的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對LLDPE的熱降解起著阻礙作用。（2）納米剛性粒子影響基體的熱傳導(dǎo)，致使熱降解滯后。熱氧穩(wěn)定性TGthermogramsofLLDPEfilledwithdifferentnano-SiO2content(airatmosphere)1:LLDPE2:U13