玻璃化溫度表現(xiàn)特點(diǎn)，玻璃化溫度測量方法及測試原理
簡介
高分子聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是高分子聚合物的特征溫度之一。以玻璃化溫度為界，高分子聚合物呈現(xiàn)不同的物理性質(zhì)：在玻璃化溫度以下，高分子材料為塑料；在玻璃化溫度以上，高分子材料為橡膠。從工程應(yīng)用角度而言，玻璃化溫工程塑料使用溫度的上限，是橡膠或彈性體的使用下限。
高分子聚合物玻璃化溫度表現(xiàn)特點(diǎn)：表征方法及測試原理
1．膨脹計(jì)法
在膨脹計(jì)內(nèi)裝入適量的受測聚合物，通過抽真空的方法在負(fù)壓下將對受測聚合物沒有溶解作用的惰性液體充入膨脹計(jì)內(nèi)，然后在油浴中以一定的升溫速率對膨脹計(jì)加熱，記錄惰性液體柱高度隨溫度的變化。由于高分子聚合物在玻璃化溫度前后體積的突變，因此惰性液體柱高度-溫度曲線上對應(yīng)有折點(diǎn)。折點(diǎn)對應(yīng)的溫度即為受測聚合物的玻璃化溫度。
2．折光率法
利用高分子聚合物在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度前后折光率的變化，找出導(dǎo)致這種變化的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
3．熱機(jī)械法（溫度-變形法）
在加熱爐或環(huán)境箱內(nèi)對高分子聚合物的試樣施加恒定載荷；記錄不同溫度下的溫度-變形曲線。類似于膨脹計(jì)法，找出曲線上的折點(diǎn)所對應(yīng)的溫度，即為：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
4．DTA法（DSC）
以玻璃化溫度為界，高分子聚合物的物理性質(zhì)隨高分子鏈段運(yùn)動(dòng)自由度的變化而呈現(xiàn)顯著的變化，其中，熱容的變化使熱分析方法成為測定高分子材料玻璃花溫度的一種有效手段。目前用于玻璃化溫度測定的熱分析方法主要為差熱分析（DTA和差示掃描量熱分析法（DSC）。以DSC為例，當(dāng)溫度逐漸升高，通過高分子聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，DSC曲線上的基線向吸熱方向移動(dòng)（見圖）。圖中A點(diǎn)是開始偏離基線的點(diǎn)。將轉(zhuǎn)變前后的基線延長，兩線之間的垂直距離為階差ΔJ，在ΔJ/2 處可以找到C點(diǎn)，從C點(diǎn)作切線與前基線相交于B點(diǎn)，B點(diǎn)所對應(yīng)的溫度值即為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。
5．動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析（DMA）法
高分子材料的動(dòng)態(tài)性能分析（DMA）通過在受測高分子聚合物上施加正弦交變載荷獲取聚合物材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)。對于彈性材料（材料無粘彈性質(zhì)），動(dòng)態(tài)載荷與其引起的變形之間無相位差（ε=σ0sin(ωt)/E）。當(dāng)材料具有粘彈性質(zhì)時(shí)，材料的變形滯后于施加的載荷，載荷與變形之間出現(xiàn)相位差δ：ε=σ0sin(ωt+δ)/E。將含相位角的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系按三角函數(shù)關(guān)系展開，定義出對應(yīng)與彈性性質(zhì)的儲(chǔ)能模量
G’=Ecos（δ）
和對應(yīng)于粘彈性的損耗模量
G”=Esin（δ）
E因此稱為**模量
E=sqrt(G’2+G”2)
由于相位角差δ的存在，外部載荷在對粘彈性材料加載時(shí)出現(xiàn)能量的損耗。粘彈性材料的這一性質(zhì)成為其對于外力的阻尼。阻尼系數(shù)
γ=tan（δ）=G’’/G’
由此可見，高分子聚合物的粘彈性大小體現(xiàn)在應(yīng)變滯后相位角上。當(dāng)溫度由低向高發(fā)展并通過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，材料內(nèi)部高分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生變化，與分子結(jié)構(gòu)形態(tài)相關(guān)的粘彈性隨之的變化。這一變化同時(shí)反映在儲(chǔ)能模量，損耗模量和阻尼系數(shù)上。下圖是聚乙酰胺的DMA曲線。振動(dòng)頻率為1Hz。在-60和-30°C之間，貯能模量的下降，阻尼系數(shù)的峰值對應(yīng)著材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。相應(yīng)的溫度即為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。
6．核磁共振法（NMR）
溫度升高后，分子運(yùn)動(dòng)加快，質(zhì)子環(huán)境被平均化（處于高能量的帶磁矩質(zhì)子與處于低能量的的帶磁矩質(zhì)子在數(shù)量上開始接近；N-/N+=exp(-E/kT)），共振譜線變窄。到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，Tg時(shí)譜線的寬度有很大的改變。利用這一現(xiàn)象，可以用核磁共振儀，通過分析其譜線的方法獲取高分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
塑料玻璃化溫度表現(xiàn)特點(diǎn)，玻璃化溫度測量方法及測試原理