高分子材料研究方法 热分析技术.ppt

4 热分析技术 主讲教师：林英 安徽工程大学生化学院 本章内容简介 1.热分析技术概述 2.热重分析(TGA) 3.差热分析(DTA) 4.差示扫描量热(DSC) 5.热分析在高分子材料中的应用 4.1 热分析技术概述 热分析法是所有在高温过程中测量物质热性能技术的总称。 它是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度的关系。 1.热分析技术分类 2.热分析的起源及发展 1780年，英国的Higgins使用天平研究石灰粘结剂和生石灰受热重量变化； 1887年，Le Chatelier首先将热分析用于分析粘土； 1899年，英国的Roberts Austen第一次使用了差示热电偶和参比物，大大提高了测定的灵敏度。正式发明了差热分析(DTA)技术。 1903年，Tammann首次提出“热分析”术语。 1915年，日本的本多光太郎，在分析天平的基础上研制了“热天平”即热重法(TG)，后来法国人也研制了热天平技术。 2.热分析的起源及发展 1945年，首批商品化热分析天平生产。 1964年，美国的Watson和O’Neill在DTA技术的基础上发明了差示扫描量热法(DSC)，美国PE公司最先生产了差示扫描量热仪，为热分析热量的定量作出了贡献。 1965年，英国的Mackinzie (Redfern等人发起，召开了第一次国际热分析大会，并于1968年成立了国际热分析协会(ICTA)。 1979年，中国成立中国化学会化学热力学和热分析委员会。 3.主要方法及缩写 热重分析(Thermo-gravimetric Analysis) 差热分析(Differential Thermal Analysis) 差示扫描量热分析(Differential Scanning Calorimetry) 热膨胀法(Thermal Dilation Method) 综合热分析法 4.热分析技术的主要应用 (1)成分分析：无机、有机、高分子 (2)稳定性测试：热稳定性、抗氧化性 (3)化学反应研究：固-气反应、催化性能研究、反应动力学、焓变测定 (4)材料质量检测：纯度、液晶性能、玻璃化转变、材料使用寿命 (5)材料力学测定 (6)环境检测 7.2热重分析(TG,TGA) 1.简介 物质受热时若发生化学反应，质量也就随之改变，测定物质质量的变化就可推测其变化过程； 热重法（TG）是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术； 热重法实验得到的m-T曲线称为热重曲线（TG曲线）。 热重分析仪（TG）原理图 4. 热重分析操作 影响TGA曲线的主要因素 ——用量大，因吸、放热引起的温度偏差大，且不利于热扩散和热传递。 ——粒度细，反应速率快，反应起始和终止温度降低，反应区间变窄。粒度粗则反应较慢，反应滞后。 ——装填紧密，试样颗粒间接触好，利于热传导，但不利于扩散或气体。要求装填薄而均匀， 6.微商热重曲线 4.3 差热分析(DTA) 1.引言 差热系统 差热分析仪结构 1.热电效应与热电偶 差热分析仪结构 差热电偶 差热分析仪结构 2.加热炉 -----炉内有均匀温度区，使试样均匀受热； -----程序控温，以一定速率均匀升（降）温，控制精度高； -----电炉热容量小，便于调节升、降温速度； -----炉子的线圈无感应现象，避免对热电偶电流干扰； -----炉子体积小，重量轻，便于操作与维修； -----使用温度上限1100 0C以上，最高可达1800 0C 差热分析仪结构 3.试样容器 -----容纳粉末样品； -----在耐高温条件下选择传导性好的材料； -----样品坩埚：陶瓷材料、石英质、刚玉质和钼、钨、铂等； -----支架材料：镍（1300K)、刚玉(1300K)等 差热分析仪结构 4.温度控制系统 -----以一定的程序来调节升温或降温的装置， -----1-100K/min，常用的是1-20K/min 5.记录系统 4.差热分析的基本原理 对比试样的加热曲线与差热曲线可见： 当试样在加热过程中有热效 应变化时，则相应差热曲线上 就形成了一个峰谷。 基本理论 差热分析曲线 A、 DTA曲线的特征 差热分析曲线 差热分析曲线 B、 DTA曲线的转变温度测定及标定：外推法（反 应起点、转变点、终点） 差热分析曲线 C.吸（放）热量的确定（峰面积） (1)剪纸称重法， (2)自动电子积分法， (3)数格子法， (4)计算机求积分法 DTA曲线的影响因素 (1)仪器方面的因素：包括加热炉的形状和尺寸，坩埚材料及大小，热电偶的位置等。 (2)试样因素：包括试样的热容量、热导率和试样的纯度、结晶度或离子取代以及试样的颗粒度、用量及装填密度等。 (3)实验条件：包括加热速度、气氛、压力和量程、纸