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高分子材料玻璃化转变温度测试方法

玻璃化转变是非晶态高分子材料固有的性质，是高分子运动形式转变的宏观体现，它直接影响到材料的使用性能和工艺性能。目前检测玻璃化转变温度的方法主要以下三种：差示扫描量热法、静态热机械分析法、动态热机械分析法。

玻璃化转变温度测试方法介绍

玻璃化转变温度是指聚合物由高弹态转变为玻璃态或玻璃态转变为高弹态所对应的温度。从分子结构上讲，玻璃化转变温度是高聚物无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松弛现象。玻璃化转变是非晶态高分子材料固有的性质，是高分子运动形式转变的宏观体现，它直接影响到材料的使用性能和工艺性能，因此它是高分子物理研究的主要内容之一。目前检测玻璃化转变温度的方法主要以下三种：差示扫描量热法(DSC)、静态热机械分析法(TMA)、动态热机械分析法(DMA)。

差示扫描量热法(DSC)

DSC表征材料的玻璃化转变温度是测量材料的比热容随温度的变化，Tg前后比热容会发生较大变化，根据曲线可以确定玻璃化转变温度。玻璃化转变温度通常是一个吸热方向的台阶，玻璃化转变是一个区域，此法通常以与两条外推基线的距离相等的线与曲线的交点作为玻璃化转变温度。下图是DSC测试得到的曲线，我们常说的Tg温度是与两条外推基线距离相等的线与曲线的交点。

DSC测试Tg具有操作及制样都非常简单的优点，但是对于一些热效应比较小的样品，很难获得Tg温度，而且受热历史及固化反应的影响较大。

静态热机械分析法(TMA)

TMA法是依据聚合物在一定外力作用下，不同温度下表现出的形变不一样，在温度-形变曲线上玻璃化转变温度处会有明显的转折，由此来确定玻璃化转变温度。下图是TMA测试得到的曲线，玻璃化转变温度通常是指发生玻璃化转变前后，在测量方向上尺寸随温度变化曲线的切线交点。

TMA适合测试固体及薄膜的玻璃化转变温度，对制样有一定的要求，通常会受热历史及是否有软化点的影响，不适合填充材料的测试。

动态热机械分析法(DMA)

DMA法是利用聚合物在玻璃化转变过程中粘弹性将发生很大的改变，储存模量急剧下降得到相应的曲线来确定玻璃化转变温度的。下图是DMA测试得到的曲线，可以看到在玻璃化转变区域，储存模量急剧下降直至稳定的平台，通过曲线的切线的交点可以得到玻璃化转变温度。

DMA具有很高的灵敏度，能测到非常微弱的二次松弛过程，因此适合高结晶、高交联的复合材料或填充材料的的测定。但是DMA制样要求高，测试时间长，且夹具类型会影响测试结果，另热历史对结果也会产生影响。

以上三种方法均为玻璃化转变温度的测试方法，不同的方法得到的玻璃化转变温度是没法比较的，因为不同方法原理不一样，且玻璃化转变是一个温度区域内发生的，而不是发生于某一点(测试时取哪一点作为玻璃化转变温度点，一般参考相关标准)，因此测试方法选择需要根据方法特点及样品情况来进行评估，表征结果时需注明测试方法及测试条件。