热分析是测量材料热力学参数或物理参数随温度变化的关系,并对这种关系进行分析的技术方法
下面通过两个热分析案例来展示它的应用:
1.高分子材料的热裂解
玻纤增强PA66主要应用于需要高刚性和尺寸稳定性的机械部件护罩。
玻纤含量影响到制件的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度等力学性能。
2.PCB板的爆板时间测量
将样品升温到某一温度后,保持该温度并开始计时,样品发生爆板现象的时刻与保温初始时刻的时间间隔为爆板时间。
其实,对于不同的材料和关注点的不同,我们所采用的热分析方法也存在差异,通常会根据实际样品情况和需求来选择不同的分析方法。例如,高分子材料:想要了解它的特征温度、耐热性等性能,要用DSC分析;想要了解它的限耐热温度、组份含量、填料含量等,要用TGA分析。
热机械分析(TMA)
热机械分析,指在使样品处于一定的程序温度下和非震动载荷作用下,测量物质的形变与温度时间等函数关系的一种技术,主要测量材料的膨胀系数和相转变温度等参数。
一条典型的TMA曲线表现为在玻璃化转变温度以下的膨胀、玻璃化转变(曲线斜率的变化),玻璃化转变温度以上的膨胀和塑性变形。可以以膨胀模式、穿透模式或者DLTMA模式(动态负载TMA模式)进行。
膨胀模式的目的是表征样品的膨胀或收缩。基于这个原因,仅使用较小的力来保证探头和样品接触完好。的结果就是热膨胀系数。
动态热机械分析(DMA)
使样品处于程序控制的温度下,并施加单频或多频的振荡力,研究样品的机械行为,测定其储能模量、损耗模量和损耗因子随温度、时间与力的频率的函数关系。
热分析技术的实际应用
热分析技术在材料领域应用广泛,如高分子材料及制品(塑料、橡胶、纤维等)、PCB/电子材料、金属材料及制品、航空材料、汽车零部件、复合材料等领域。
热重分析仪(热重法TGA,DTG)主要是的是样品质量随着温度变化(或时间变化,比如说在某温度下恒温X小时)而变化的关系。样品在高温中会升华、汽化、挥发、分解、氧化燃烧等,就会造成重量的损失,比如说,受潮的CaC2O4·H2O,含有自由水和结晶水,在50℃恒温的条件下就会自由水就会挥发,造成重量降低;当温度升高时,170℃-190℃,就会失去结晶水,从而转变成CaC2O4;随着温度的持续上升,450℃-460℃时,CaC2O4分解成CaCO3和CO,此时CO随着气流排出,CaCO3留在样品中;继续加热到750℃-800℃,CaCO3将继续分解成CaO和CO2。此过程中包含了自由水挥发、分解的过程,有的样品还有氧化燃烧的过程(比如说,热重法炭黑含量,后期通入氧气燃烧炭黑,生成CO2从而形成重量损失),每个过程都有重量损失,出每一部分的重量损失比例、每一部分在多少温度下产生重量变化。
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