热分析技术

热分析技术是在受控程序温度条件下，物质的物理性质随温度变化的函数关系的一组技术。如熔融、结晶、分解、相变等，是一类非常重要的分析技术。不同的参数采用的分析技术是有差异的，本文总结了一些常用的热分析技术及其在高分子材料中的应用。

热重分析(TGA)

热重分析是在程序控温下测量物质的质量与温度(或时间)关系的一种技术，将所得的热重曲线再取其一阶导数得到微商曲线(DTG)。热重分析仪实际上是一台热天平，其主要组成部分是记录天平、炉子、程序控温系统、记录仪等。热重分析测定基本原理与常温下天平的测量是一样的，但是热重分析测量是在不同温度下测量的，而常规的天平测量是在常温下得到的。

热重分析能够表征的参数非常多，应用非常广，如质量变化、热稳定性表征、分解温度表征、成分分析/配方分析、聚合物某些化学反应动力学研究等。

EVA (乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)树脂作为一种共聚物，乙酸乙烯酯含量不一样，表现出来的性质不一样，用途也不一样，因此乙酸乙烯酯的含量是一个重要的指标，采用热重分析法可以测定EVA中乙酸乙烯酯的含量。

差示扫描量热分析(DSC)

差示扫描量热分析是样品在一定的温度程序(升/降/恒温)控制下，测量样品与参比物之间的能量差随温度或时间的变化过程。DSC设备主要由加热炉、样品容器、温度程序控制装置部分及记录装置部分组成。影响DSC测试的因素主要有升温速率、气氛、样品粒度、样品用量等。

DSC能够表征的参数有熔点、玻璃化转变温度、结晶温度、热焓值、比热容、氧化诱导时间等，在聚合物的鉴定、固化反应研究、纯度分析、聚合物的质量控制等领域广泛应用。

以下案例为采用DSC测试HDPE的氧化诱导时间，通过氧化诱导时间的监控来表征材料的抗氧化或抗老化性能的情况。

静态热机械分析(TMA)

静态热机械分析是在程序控制的温度下，对样品施加一定的机械力，观察样品在一定方向上的尺寸随温度或时间的变化关系的一种技术。在恒定负荷作用下，得到形变—温度的曲线。TMA设备主要由炉体、载样台、温度传感器、位移传感器等组成。其测试影响因素主要有载荷、升温速率、样品均匀性等。

TMA测试的参数主要有线性膨胀系数、玻璃化转变温度、软化点等，其具体应用有可以通过测定PCB的爆板时间衡量其质量，可以研究薄膜的收缩或膨胀情况，还可以研究加热情况下材料的尺寸稳定性。

以下是聚酰亚胺(PI)薄膜线性膨胀系数表征的案例，柔性线路板中PI膜与铜复合，两者膨胀系数必须保持一致，因此选材时必须对PI膜的膨胀系数进行研究，而TMA法比较适合膜材的线膨胀系数的测试。

动态热机械分析(DMA)

动态热机械分析法是在程序控温下，测量物质受振荡性负荷下动态模数或阻尼与温度关系的一种技术。塑胶材料的动态力学性能随温度、频率、升降温速率、应力应变水平的变化，可以揭示许多关于材料结构和分子运动的信息，对于理论研究及实际应用都具有重要意义。DMA仪器一般包括温控炉、温度控制系统、位移传感器、力传感器、夹具等。

DMA测试的参数主要有损耗因子、玻璃化转变温度、模量、应力、应变等。可以研究应力松弛、蠕变、玻璃化转变温度和次级松弛等。

DMA作为高分子材料耐环境老化性能评价手段之一，应用较广。以下是通过DMA表征尼龙66吸水前后的性能变化：随着环境温度增大，尼龙吸收程度增加，由于酰胺基团水解导致分子断链使分子量下降，从而使损耗峰位置整体低温偏移。