淺談熱分析技術(shù)在高分子材料分析中的應(yīng)用

劉轉(zhuǎn) 張佳倩

摘? 要：作為一種新型的物質(zhì)性質(zhì)與溫度關(guān)系的測(cè)量技術(shù)，熱分析技術(shù)以期高靈敏度以及分析的準(zhǔn)確性獲得了業(yè)內(nèi)的高度認(rèn)可，并在高分子材料的分析領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。故此次就現(xiàn)代高分子材料分析過程中對(duì)于熱分析技術(shù)的應(yīng)用有效性進(jìn)行探討，以期發(fā)現(xiàn)熱分析技術(shù)更多的應(yīng)用可能性。

關(guān)鍵詞：熱分析;高分子材料;應(yīng)用;

引言

現(xiàn)代熱分析技術(shù)主要指代基于可控溫度環(huán)境下測(cè)得樣品特性與溫度以及時(shí)間變化的關(guān)系的技術(shù)形式。目前該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于定量以及定性的分析物理與熱性能等方面。由于熱分析技術(shù)在多個(gè)層面擁有巨大的優(yōu)勢(shì)，目前該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于石油化工、冶煉、橡膠以及高分子、低分子分析等場(chǎng)合。現(xiàn)代高分子產(chǎn)業(yè)發(fā)展正處于關(guān)鍵時(shí)期，而了解高分子材料的溫度、組成以及熱穩(wěn)定性尤為重要。熱分析技術(shù)則可以很好的檢測(cè)這些關(guān)鍵參數(shù)，故有必要就該技術(shù)進(jìn)行探討。

1.熱分析技術(shù)與高分子材料概述

目前，國際上將特定溫度條件下、對(duì)于樣品的物理特質(zhì)和溫度之間的關(guān)聯(lián)性、物理特性與溫度之間的依賴性進(jìn)行全面測(cè)量與解讀的技術(shù)成為熱分析技術(shù)。該技術(shù)不單單可以用于對(duì)不同的物理指標(biāo)的檢測(cè)，同時(shí)也可以對(duì)集合的測(cè)定方式進(jìn)行分別處理，因此應(yīng)用更為靈活，且測(cè)得結(jié)果的準(zhǔn)確性更高。高分子材料是一種較為新型的材料之一，在可應(yīng)用性以及再塑性等方面相較于其他材料具有一定優(yōu)勢(shì)。相關(guān)研究表明，對(duì)高分子材料的熔融溫度以及組成成分、熱穩(wěn)定性等進(jìn)行改變，可以進(jìn)一步拓展高分子材料的應(yīng)用范圍，符合各種生產(chǎn)場(chǎng)合需求。但在對(duì)高分子材料進(jìn)行改造時(shí)，需要多種技術(shù)的配合進(jìn)行，熱分析技術(shù)就是其中關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)前國內(nèi)熱分析技術(shù)依然處于發(fā)展中階段，此外熱分析技術(shù)也十分復(fù)雜，需要重點(diǎn)分析與探討。

2.應(yīng)用分析

2.1熱重法分析技術(shù)的應(yīng)用

熱重法是典型的熱分析技術(shù)之一，主要是指在可控的溫度條件下，對(duì)目標(biāo)樣品的質(zhì)量、溫度以及時(shí)間之間的聯(lián)系進(jìn)行分析。目前該技術(shù)在現(xiàn)代高分子材料的分析方面主要表現(xiàn)為以下三種，第一，用于檢測(cè)高分子材料的構(gòu)成，基于繪制高分子材料的熱重曲線、了解其中灰分、碳化合物等的構(gòu)成含量，該技術(shù)同時(shí)也適用于對(duì)混合的高分子材料之中的各個(gè)不同的物質(zhì)的組成多少分析，檢測(cè)結(jié)果也更為可靠準(zhǔn)確;第二，對(duì)高分子材料中的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行檢定，如塑料高分子材料，在生產(chǎn)以及加工期間該材料十分容易產(chǎn)生各種具有揮發(fā)性的物質(zhì)，但這些物質(zhì)的揮發(fā)可能會(huì)對(duì)材料原本的外觀以及性能等帶來變化。此時(shí)，利用熱重法分析技術(shù)，就可以很好的對(duì)其中各個(gè)揮發(fā)性物質(zhì)的含量進(jìn)行檢測(cè)明確;最后，熱穩(wěn)定性方面的應(yīng)用。高分子材料實(shí)際使用期間，熱穩(wěn)定性是其重要考量指標(biāo)，利用熱重曲線則可以對(duì)各個(gè)高分子材料的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)溫度進(jìn)行測(cè)定，并可以直觀的發(fā)現(xiàn)各個(gè)溫度之間的聯(lián)系，從而更好的描述高分子材料的熱穩(wěn)定特性。通過對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)的分析，以提升高分子材料特性。

2.2差熱分析技術(shù)的應(yīng)用

差熱分析技術(shù)也是常規(guī)熱分析技術(shù)之一，主要是指利用不斷攀升的溫度以及不斷下降的溫度條件下，觀察樣品的吸熱以及放熱過程。因此該技術(shù)通常也被用于玻璃等材質(zhì)熔融與降解等方面的研究。隨著對(duì)于高分子認(rèn)識(shí)越來越深入，差熱分析技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，尤其在定量分析方面有著一定的優(yōu)勢(shì)。例如，可以利用差式掃描熱量技術(shù)，從而掌握固定時(shí)間中兩個(gè)不同物質(zhì)的溫度以及功率變化關(guān)系。但該技術(shù)應(yīng)用也存在一定的不足，例如難以對(duì)瞬間放熱以及吸熱效率等方面進(jìn)行檢定，需要進(jìn)一步的搭配其他技術(shù)才能擴(kuò)展其應(yīng)用范疇。

2.3動(dòng)態(tài)機(jī)械熱分析技術(shù)的應(yīng)用

該技術(shù)主要是指在可控溫度條件下，檢定物質(zhì)在承受振蕩性負(fù)荷下時(shí)模量與力學(xué)阻尼與溫度之間的聯(lián)系。該技術(shù)將高分子材料的力學(xué)行為和溫度以及作用的頻次進(jìn)行高度關(guān)聯(lián)，可以用于測(cè)定高分子材料的凝膠化、阻尼特性以及模量等各方面參數(shù)，這些參數(shù)則可以被用作對(duì)物質(zhì)的可加工特性以及相容性等方面進(jìn)行分析。例如，利用動(dòng)態(tài)機(jī)械熱分析技術(shù)來評(píng)測(cè)高分子材料的粘彈特性。許多高分子材料都具有一定的粘彈特點(diǎn)，在產(chǎn)生過程中主要以彈性的形式存儲(chǔ)起來，潛能則以熱的形式進(jìn)行徹底釋放。而當(dāng)期被用作結(jié)構(gòu)材料時(shí)，主要借助其彈性特點(diǎn)，加入作為減震以及隔音等材料應(yīng)用時(shí)，則主要利用其粘性的特質(zhì)。前者需要材料在特定的頻率以及溫度區(qū)間內(nèi)保持一定的彈性參數(shù)，而后者則要求物質(zhì)在一定的溫度以及頻率區(qū)間內(nèi)可以始終處于較高的阻尼，故而高分子材料的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)過程中，材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)相關(guān)指標(biāo)尤為重要，利用動(dòng)態(tài)機(jī)械熱分析技術(shù)可以對(duì)其機(jī)械阻尼指標(biāo)以及彈性模量等進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。而當(dāng)動(dòng)態(tài)機(jī)械熱分析技術(shù)用于分析共混材料的相容性特點(diǎn)方面，一般聚合物共混是得到高綜合性能的高分子材料的重要方式，另外共混物的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性則基于參與共混的兩類聚合物的相容性有一定的關(guān)聯(lián)。如若徹底相容，則共混物的特性以及間距相同構(gòu)成的無規(guī)共聚物基本一致;如若無法相容，則共混物構(gòu)成兩相，采用動(dòng)態(tài)機(jī)械熱分析技術(shù)所鑒定的動(dòng)態(tài)模量與溫度變化曲線則會(huì)存在兩個(gè)不同的臺(tái)階，消耗溫度曲線也會(huì)存在兩個(gè)不同的消耗峰，且每一個(gè)消耗峰又會(huì)對(duì)應(yīng)齊總一個(gè)組分的玻璃化轉(zhuǎn)化的溫度，就峰的強(qiáng)度而言可以用于檢測(cè)出共混物相對(duì)應(yīng)的組分的各項(xiàng)參數(shù)情況。

3.結(jié)束語

作為當(dāng)下一種新型的分析技術(shù)，熱分析技術(shù)在現(xiàn)代高分子材料的分析方面有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)性。我國目前在該領(lǐng)域的研究依然處于初步發(fā)展階段，要落后于西方等發(fā)達(dá)國家，但隨著對(duì)其認(rèn)識(shí)不斷深入，相信可以國產(chǎn)化高分子材料的多樣化改變與高分子材料的性能優(yōu)化。此次首先對(duì)高分子材料以及熱分析技術(shù)進(jìn)行概述，了解兩者之間的聯(lián)系以及應(yīng)用，隨后分析就差熱分析技術(shù)、動(dòng)態(tài)機(jī)械熱分析技術(shù)、熱重法分析技術(shù)的應(yīng)用展開討論。當(dāng)下我國工業(yè)發(fā)展正處于關(guān)鍵時(shí)期，對(duì)于新型技術(shù)的應(yīng)用需求較高，包括熱分析法等技術(shù)在國內(nèi)的出現(xiàn)與多領(lǐng)域應(yīng)用勢(shì)必會(huì)得到更多行業(yè)的認(rèn)可，起到的作用也更為突出。

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