高分子材料测试方法课件大全

热重分析能做什么？•组分分析（CompositionalAnalysis）•水分/挥发物分析（Moisture/volatileanalysis）•灰分/残余物/填料分析（Ash/residue/filleranalysis）•热稳定性（Thermalstability）热重曲线（TG曲线）由TG实验获得的曲线。记录质量变化对温度的关系曲线。纵坐标是质量（从上向下表示质量减少），横坐标为温度或时间。DTG曲线的优点能准确反映出起始反应温度Ti，最大反应速率温度Te和Tf。更能清楚地区分相继发生的热重变化反应，DTG比TG分辨率更高。DTG曲线峰的面积精确对应着变化了的样品重量，较TG能更精确地进行定量分析。能方便地为反应动力学计算提供反应速率（dw/dt）数据。DTG与DTA具有可比性，通过比较，能判断出是重量变化引起的峰还是热量变化引起的峰。TG对此无能为力。热稳定性的评价方法热重曲线直接比较法将几种材料的TG曲线叠加到同一张图纸上，进行直观的比较定温失重量法规定一个温度值，求此温度下的失重百分数，失重量越大，热稳定性越差定失重量温度法规定一个失重百分数，求与此相对应的温度，温度越高者，热稳定性越好始点温度法求材料开始失重的温度Ti，Ti越高，热稳定性越好聚合物热稳定性的评价10864200100200300400500600700800几种高分子材料的TG曲线PIPTFEPEPMMAPVC0100abc失重%T/゜C热稳定性比较示意图应用的基本原理高分子材料受热破坏时：直接分解成单体先从侧链脱掉低分子，然后主链破坏，炭化分解破坏为分子碎片质量下降近现代聚合物分析方法—第8章热分析技术热重7应用举例6.1热重法研究共聚或共混高分子材料例：尼龙碳黑母粒中碳黑含量的确定6.2热重法研究聚合物中所含的挥发物例：UHMWPE中残留溶剂的表征6.3热重法研究分解反应动力学和预测寿命例：聚四氟乙烯的分解动力学6.4热重法研究高分子组成例：添充聚乙烯的分析\橡胶产品的分析6.5热重法研究高分子材料中添加剂的作用例：增塑剂的作用6.1热重法研究共聚或共混高分子材料尼龙碳黑母粒中碳黑含量的确定尼龙碳黑母粒中碳黑含量的确定温度为T时碳黑的失重百分数为Wc(T)温度为T时Nylon的失重百分数为Wnylon(T)母粒中碳黑的重量百分数为Xc按加和法,母粒在温度T时的失重百分数为W母粒(T)W母粒(T)=(1-Xc)Wnylon(T)+XcWc(T)=Wnylon(T)+Xc[Wc(T)-Wnylon(T)]Xc=[W母粒(T)-Wnylon(T)]/[Wc(T)-Wnylon(T)]在500C至600C取数据296个平均,得到碳黑含量为40.8-40.9%10050023%300400500600390゜T/゜Cm/%乙烯-乙酸乙烯酯共聚物TG曲线乙酸乙烯酯含量%=m乙酸乙烯酯/m乙酸×TG曲线第一阶段失重量AA+BB共混物的TG曲线TW6.2热重法研究聚合物中所含的挥发物UHMWPE中残留溶剂的表征6.4热重法研究高分子组成填充聚乙烯的分析橡胶产品的分析填充聚乙烯的分析橡胶产品的分析：1.软化剂（Softner）：有机物，包括油、蜡、抗氧化剂等。如果有机成分太低，材料会太硬，难以加工。2.聚合物（Polymer）：聚合物成分影响橡胶产品的使用性能，尤其是轮胎的使用性能。3.炭黑（Carbon）：这是增强成分。影响轮胎面的耐磨性和grip-ability。如果含量太低，轮胎磨损很快；如果含量太高，grip太差。这也是影响产品使用性能的成分。4.灰烬橡胶产品的分析橡胶产品的分析：油能增强摩擦，吸收能量聚合物是主要成分炭黑增强强度，延长磨损填料降低成本6.5热重法研究高分子材料中添加剂的作用增塑剂的作用聚合物中常用的添加增塑剂,其用量和品种不同,对材料作用效果不同。DOP29%失去HClPVC67%惰性填料3.5%160゜C/minN2在200゜C恒温4minO2升温速率80゜C/min010020020030040050060010080604020T/゜Cm/%测定聚氯乙烯中邻苯二甲酸二辛酯的TG曲线增塑剂8%PVC92%HCl64%m/%T/゜C0200400600800100755025测定聚氯乙烯中增塑剂的TG曲线发泡剂的性能和用量直接影响泡沫材料的性能和制造工艺条件LDPE/发泡剂5.5%14.25%0200400600800m/%T/゜C测定聚乙烯中发泡剂的TG曲线180゜C以前升温速率100゜C/min180-210゜C升温速率5゜C/min,210-700゜C升温速率50゜C/min阻燃剂在聚合物材料中有特殊效果，阻燃剂的种类和用量选择适当，可大大改善聚合物材料的阻燃性能。聚丙烯加阻燃剂的聚丙烯0.5%阻燃剂100m/%755025020040060080010080602040聚丙烯中阻燃剂的特征TG曲线添加剂的分析树脂80%玻璃18%水2%失重%T/゜C200400600010080604020玻璃钢的TG曲线20040060070010024680.5%挥发性物质31.0%PTFE18.0%C50.5%SiO2空气W/mgN2T/゜C聚四氟乙烯的TG曲线样品10mg,5゜C/min增塑剂的含量300400500T(0C)PVBPVB+增塑剂PVB+增塑剂萃取后用热重法研究聚合物固化对固化过程中失去低分子物的缩聚反应,可用热重法研究.固化温度(゜C)14016018020022026024010095908502468101214T/minm/%酚醛树脂等温固化的TG曲线240˚C为最佳固化温度.热稳定性从上而下逐渐提高.3、差热分析曲线•国际热分析协会ICTA（InternationalConfederationforThermalAnalysis）•差热分析DTA是将试样和参比物置于同一环境中以一定速率加热或冷却，将两者间的温度差对时间或温度作记录的方法。•DTA曲线：纵坐标代表温度差ΔT，吸热过程显示一根向下的峰，放热过程显示一根向上的峰。横坐标代表时间或温度，从左到右表示增加。DTA曲线术语基线：ΔT近似于0的区段(AB,DE段)。峰：离开基线后又返回基线的区段(如BCD)。吸热峰、放热峰峰宽：离开基线后又返回基线之间的温度间隔(或时间间隔)(B’D’)。峰高：垂直于温度(或时间)轴的峰顶到内切基线之距离(CF)。峰面积：峰与内切基线所围之面积(BCDB)。外推起始点(出峰点)：峰前沿最大斜率点切线与基线延长线的交点(G)。•图为实际的放热峰。反应起始点为A，温度为Ti；B为峰顶，温度为Tm，主要反应结束于此，但反应全部终止实际是C，温度为Tf。•BD为峰高，表示试样与参比物之间最大温差。ABC所包围的面积称为峰面积。二、差热曲线分析与应用•依据差热分析曲线特征，如各种吸热与放热峰的个数、形状及相应的温度等，可定性分析物质的物理或化学变化过程，还可依据峰面积半定量地测定反应热。表2差热分析中产生放热峰和吸热峰的大致原因近现代聚合物分析方法—第二章热分析技术DSC30热流法在给予样品和参比相同的热（功率）下，测定样品和参比两端的温差T，然后根据热流方程，将T（温差）换算成Q（热量差）作为信号的输出。功率补偿法在样品和参比始终保持相同温度的条件下，测定为满足此条件样品和参比两端所需的热差，并直接作为信号Q（热量差）输出。功率补偿式DSC原理DSC测定的是维持样品与参比物处于相同温度（Ts=Tr）所需要的能量差ΔW：ΔW=dQs/dt-dQr/dt=dH/dtdQs/dt：单位时间给样品的热量；dQr/dt：单位时间给参比的热量；dH/dt：热焓的变化率或称热流率。近现代聚合物分析方法—第二章热分析技术DSC31近现代聚合物分析方法—第二章热分析技术DSC32一、红外光区的划分红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为0.75~1000µm，根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区（0.75~2.5µm），中红外光区（2.5~25µm），远红外光区（25~1000µm）。远红外区（0.75~2.5µm）近红外光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团（如O—H、N—H、C—H）伸缩振动的倍频吸收(overtoneband)等产生的。该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析。§2.1Preface远红外光区（25~1000µm）该区的吸收带主要是由气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的。由于低频骨架振动能很灵敏地反映出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。此外，还能用于金属有机化合物（包括络合物）、氢键、吸附现象的研究。但由于该光区能量弱，除非其它波长区间内没有合适的分析谱带，一般不在此范围内进行分析。二、红外光谱法的特点紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。nmmcmcm/10/10/1/741波长与波数之间的关系为：中红外区的波数范围是4000~400cm-1。σdependsonlyonkandμandindependentoftheenergyaddedtosystem.通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定。由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特点。因此，红外光谱法不仅与其它许多分析方法一样，能进行定性和定量分析，而且该法是鉴定化合物和测定分子结构的最有用方法之一。(2)Couplinginteractionbetweenradiationandthesubstances(辐射与物质之间有耦合作用)为满足这个条件，分子振动必须伴随偶极矩的变化。红外跃迁是偶极矩诱导的，即能量转移的机制是通过振动过程所导致的偶极矩的变化和交变的电磁场（红外线）相互作用发生的。只有发生偶极矩变化（△≠0）的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，该分子称之为红外活性的；•3.双原子振动光谱的应用•（1）由实验得到的振动光谱数据，可求得力常数k,进而讨论化学键的强弱。•例1：HI的基本振动频率为2309.5cm-1,求弹力常数。（1）伸缩振动原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角不变的振动称为伸缩振动，用符号表示。它又可以分为对称伸缩振动（s）和不对称伸缩振动（as）。对同一基团，不对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。（2）变形振动（又称弯曲振动或变角振动）每种简正振动都有其特定的振动频率，似乎都应有相应的红外吸收带。实际上，绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数，这是由如下原因引起的：■NoIRabsorptionofthevibrationswithoutdipolemomentchange■Overlayingofsamefrequencyvibrationabsorptions,thatis,degenerate.■Somepeakstooweaktodetect,orresolvingpowertoolow.■Absorptionbandsoutofthedetectionrangeofthedetector.4.Theintensityofinfraredabsorptionbands(吸收谱带的强度)红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，而偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性越高，振动中分子