玻璃化转变温度(Tg)可能是高分子材料科学中最重要的一个参数——它决定了材料的使用温度上限(对结构材料而言)和加工温度下限(对热塑性材料而言)。但很多工程师不知道:同一种材料用DSC、DMA和TMA测出来的Tg数值可能不同,这不是"测错了",而是三种方法测量的是玻璃化转变的不同物理表现形式。
DSC测Tg——热容变化。DSC通过检测样品在玻璃化转变过程中热容的阶跃变化来确定Tg。这是最常用、最标准化的方法(ASTM E1356)。优点:操作简单、样品用量少(5-20mg)、速度快。缺点:对于高度交联体系、高填充体系或转变热容变化不明显的材料,DSC信号可能很弱甚至测不出来。
DMA测Tg——力学行为变化。DMA通过测量储能模量E'的急剧下降和tan δ的峰值来确定Tg。灵敏度比DSC高10-100倍——DSC测不出来的微弱Tg,DMA通常能测到。这是电子封装材料、高性能复合材料测Tg的首选方法。DMA的tan δ峰值温度、E"峰值温度和E' onset温度分别对应不同的Tg定义。
TMA测Tg——尺寸变化。TMA通过检测样品在升温过程中的膨胀速率变化(CTE的转变点)来确定Tg。适合薄膜、纤维和涂层等不易用DSC/DMA测试的样品形态。
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