现代材料分析测试技术热重分析法TGA剖析.ppt

热分析联用技术 DTA-TGA联用 DSC-TGA联用 高温裂解质谱-TGA联用 IR-TGA联用 * * 热重分析法（ＴＧＡ） ---Thermogravimetric Analyzer TGA定义 热重分析法是在程序控温下测量物质的质量与温度关系的一种技术。 物质的质量 温度 程序控温下 ?G=f(T) 热降解 热氧降解 降解动力学 TGA仪器结构与测量原理 平衡砝码盘 微电流放大器 光源 挡板 光电管 加热器 磁铁 感应线圈 支架 梁 样品盘 热电偶 影响TGA实验结果的因素 1.样品盘的影响:样品盘一般为惰性材料（铂、陶瓷等） 注意：碱性试样不能用石英或陶瓷样品盘；铂对许多有机化合物和某些无机化合物有催化作用。 2.升温速率的影响：升温速率越大，所得特征温度越高 3.气氛的影响：一般采用动态气氛，热降解用氮气，热氧降解用空气或氧气 TG在聚合物研究中的应用 比较不同高聚物的相对热稳定性  五种聚合物的TGA曲线 实验条件 同一热失重仪上 PIPTFEHDPEPMMAPVC. 分解温度顺序为： 相同测试条件 温度范围：室温~800oC； 升温速率：10oC/min； 流动N2保护 聚酰亚胺（PI--Polyimide)的结构 N C C O O N C C O O CH2 n PI分子结构中含有大量芳杂环，因而其热稳定性很好；长期使用温度可达到250oC，短期使用温度可达到450 oC 聚四氟乙烯（PTFE） 1.键能:C-F:485.3C-H:414.2 (kJ/mol) 2.聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢稍大，所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面/post/ptfe-properties-and-applications.html (C C) F F F F n (C C) H H H H 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA） (C C) H CH3 H C n O O CH3 PVC热稳定性最差，这是由它特殊的分子结构所决定的：PVC中的Cl原子与H原子形成了氢键，因为氢键的作用力较弱，因而在较低温度就可断裂。 聚氯乙烯（PVC） (C C) H Cl H H n PVC分解分两个阶段的原因 420oC左右。由于PVC主链断裂引起。(两个相互竞争的反应(分子内环化反应和分子间交联反应) 第一阶段： 200oC~300oC之间 由于大分子链脱HCl引起。 第二阶段： 2 增重现象的研究 3.材料成分分析 聚合物中的添加剂和杂质可分为两类：一类是挥发性物质，如水和增塑剂等，它们由于分子量低，一般在树脂分解之前就已分解掉；另一类是无机填料，如SiO2、碳纤维等，它们热稳定性很高，一般在基体树脂分解以后仍然残留 因此可以根据各组分失重量计算出它们在样品中的百分含量。 SiO2和碳黑填充聚四氟乙烯的TG曲线 4.研究聚合物的固化过程 酚醛树脂等温固化曲线 酚醛树脂固化过程中生成小分子H2O 脱水失重量 最多的固化温度 最佳的固化温度 5.材料热老化寿命的估算 ln?=a/T+b ?-失重10%所需时间 T-温度 例：化纤助剂215oC和236oC恒温失重，失重10%所需时间分别为282.4min ,64min，代入上式，得 ln?=7.624×103.1/T-13.172 由上式可得任何温度时的热寿命 6.聚合物热降解和热氧降解动力学研究