负130度玻璃化转变温度测试上海三方实验室

在温度变化过程中（升／降／恒温），测量样品和参比物之间热流差的变化。

利用差示扫描量热仪，可以研究材料的熔融与结晶过程、结晶度、玻璃化转变、相转变、液晶转变、氧化稳定性（氧化诱导期 O.I.T.）、反应温度与反应热焓，测定物质的比热、纯度，研究高分子共混物的相容性、热固性树脂的固化过程，进行反应动力学研究等。该技术可以广泛应用于塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂、医药、食品、生物有机体、无机材料、金属材料与复合材料等领域。

1 玻璃化转变温度的定义

玻璃化转变温度Tg是材料从玻璃态向高弹态转变的温度（图1）。玻璃化转变温度是非晶态聚合物的固有特性，是材料内部分子运动形式转变的宏观表现。

非晶态材料有三种物理状态，分别为玻璃态、高弹态、粘流态。

当温度处于玻璃化转变温度以下，此时材料内部分子链和链段都无法运动，而构成分子的原子或基团可以在其平衡位置振动，这一状态称为材料的玻璃态，材料内部无定型部分处于冻结状态。在玻璃态的材料，表现出无粘性、无弹性，为刚性固体状，类似于玻璃。

当温度升高，到达玻璃化转变温度时，材料内部链段开始运动，分子链依然不能动，这一状态称为材料的高弹态，材料内部处于解冻状态。在高弹态的材料，表现出高弹性，形变明显增加，并在一定温度区间达到相对稳定。高弹态也叫橡胶态。

当温度继续升高，越过玻璃化转变温度时，材料内部分子链开始运动，此时分子链和链段一起运动，这一状态称为材料的粘流态，材料内部处于流动状态，材料类似流体。在粘流态的材料，表现出粘流性，形变量逐渐增大并且不能恢复。

通常把玻璃态向高弹态的转变称为玻璃化转变，此时对应的温度称为玻璃化转变温度，也叫玻璃化温度

2 研究玻璃化转变温度的意义

玻璃化转变温度是非晶态聚合物的重要的物理性质，它影响聚合物材料的使用性能和工艺性能，是聚合物材料长期研究的重要内容。

聚合物在玻璃化温度下，形变和模量发生变化，还有许多物理性质，如体积、膨胀系数、比热、导热系数、介电常数等都会发生很大的变化，所以，研究玻璃化转变温度也是研究这些物理变化，对聚合物材料的研究有着重要的意义[1]。

3 Tg测试方法概括

随着玻璃化温度的研究进展，玻璃化温度的测试方法越来越多。根据玻璃化转变温度下的物理性质的变化，发展了以下几种方法：

（1）通过材料的热学性能变化发展了热分析法，包括差示扫描量热法DSC、动态热机械法DMA、差热分析法DTA；

（2）通过材料的体积和热膨胀系数的变化，发展了热力学分析法，如静态热机械分析法TMA、热膨胀分析法；

（3）通过材料的介电性能的变化，发展了介电热分析法DEA。

此外，还有核磁共振法NMR、折光率法等。

本文介绍DSC、DMA、TMA法对玻璃化转变温度的测试。

4 DSC法测试Tg

4.1 DSC法的原理

差示扫描量热法的原理是在程序设定的控温条件下，测试待测物质和参比物之间的能量差和温度之间的关系，得到待测物质吸热或放热速率和温度的曲线（DSC曲线），进而分析被测物质的热性能。

4.3 样品要求

DSC测试物质的玻璃化转变温度时，需要尽可能增加物质和坩埚的接触面积，增大接触面积有利于物质内部的传热过程。

样品用量一般要求小于等于10 mg，体积不超过坩埚的1/2。

（1）粉末样品：佳的样品状态，能大限度增加和坩埚的接触面积。粉末样品控制样品用量符合要求即可。

（2）液体样品：测试过程中，液体可能会有溢出坩埚或者沸腾的现象，通常需要加盖。如果液体样品可以干燥，做成粉末或者薄膜，更有利于测试。

液体样品用量不超过坩埚体积的1/2。

（3）固体块体：固体尺寸需要和坩埚尺寸匹配，通常直径小于坩埚直径。如果是可以加工的样品，好做成直径与坩埚底部接近略小于坩埚底部直径，厚度小于坩埚1/2高度的柱体。

固体薄膜，可以做成和坩埚底部直径接近的薄片，也可以剪碎或者切薄片，放入坩埚，增加接触面积。

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