熱分析技術在橡膠行業的應用

熱分析技術是表征材料的性質與溫度關係的一組技術，它在定性
、定量表征材料的熱性能、物理性能
、jixiexingnengyijiwendingxingdengfangmianyouzheguangfandiyingyong，duiyucailiaodeyanjiukaifaheshengchanzhongdezhiliangkongzhidoujuyouhenzhongyaodeshijiyiyi。muqianrefenxijishuzaixiangjiaocailiaodeyanjiukaifahezhiliangkongzhizhongyulaiyuchengweibukehuoquedezhongyaoshouduanzhiyi。
常見的熱分析方法包括以下幾項：
* DSC是在程序控製溫度下，測量樣品的熱流隨溫度或時間變化而變化的技術。因此，利用此技術，可以對樣品的熱效應，如熔融、固－固轉變
、化學反應等，進行研究。
* TGA是(shi)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)氣(qi)氛(fen)中(zhong)，測(ce)量(liang)樣(yang)品(pin)的(de)質(zhi)量(liang)隨(sui)溫(wen)度(du)或(huo)時(shi)間(jian)變(bian)化(hua)而(er)變(bian)化(hua)的(de)技(ji)術(shu)，利(li)用(yong)此(ci)技(ji)術(shu)可(ke)以(yi)研(yan)究(jiu)諸(zhu)如(ru)揮(hui)發(fa)或(huo)降(jiang)解(jie)等(deng)伴(ban)隨(sui)有(you)質(zhi)量(liang)變(bian)化(hua)的(de)過(guo)程(cheng)。如(ru)果(guo)采(cai)用(yong)TGA-MS或TGA-FTIR的聯用技術，還可以對揮發出的氣體進行分析，從而得到更加全麵和準確的信息。
* TMA可以測量樣品在一定應力下的位移變化。利用DMA

，則可以在很寬的頻率範圍內，對材料的粘彈性進行研究，從而得到材料的機械模量和阻尼行為。
目mu前qian熱re分fen析xi技ji術shu在zai橡xiang膠jiao材cai料liao的de研yan究jiu開kai發fa和he質zhi量liang控kong製zhi中zhong愈yu來lai愈yu成cheng為wei不bu可ke或huo缺que的de重zhong要yao手shou段duan之zhi一yi。熱re分fen析xi技ji術shu對dui於yu橡xiang膠jiao材cai料liao可ke提ti供gong如ru下xia性xing能neng指zhi標biao的de測ce試shi：
DSC
TGA
TMA
DMA
玻璃化轉變
組成分析
熱穩定性，氧化穩定性，降解
粘彈性能，彈性模量
阻尼行為
填充劑含量，炭黑含量
蒸發
，汽化，吸附
，解吸
軟化溫度
膨脹，收縮
，溶劑中的溶化
硫化
熔融
，結晶
反應焓
添加劑的表征
本文簡單介紹了不同熱分析技術，在從不同角度評估材料性能上的應用的可能性。

    應用介紹
利用TGA進行組成分析
TGA經常用來進行組成分析，利用它，可以觀察樣品由於蒸發
、高溫分解、燃燒等引起的重量變化。失重台階的大小與揮發組分（如增塑劑

、溶劑等）和(he)分(fen)解(jie)產(chan)物(wu)的(de)含(han)量(liang)直(zhi)接(jie)相(xiang)關(guan)。在(zai)對(dui)橡(xiang)膠(jiao)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)時(shi)，當(dang)聚(ju)合(he)物(wu)高(gao)溫(wen)分(fen)解(jie)後(hou)，把(ba)氣(qi)氛(fen)從(cong)惰(duo)性(xing)氣(qi)氛(fen)變(bian)化(hua)為(wei)氧(yang)化(hua)氣(qi)氛(fen)，炭(tan)黑(hei)就(jiu)會(hui)燃(ran)燒(shao)，在(zai)殘(can)渣(zha)中(zhong)就(jiu)剩(sheng)餘(yu)了(le)無(wu)機(ji)物(wu)和(he)灰(hui)燼(jin)。對(dui)於(yu)高(gao)聚(ju)物(wu)的(de)混(hun)合(he)物(wu)，如(ru)果(guo)各(ge)組(zu)分(fen)的(de)分(fen)解(jie)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)不(bu)同(tong)的(de)話(hua)，則(ze)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)TGA來確定各個組分的含量。下圖所示為幾種的包含有天然橡膠的彈性體
，第二聚合物組分分別為EPDM(A)，BR(B)或SBR(C)。從TGA曲線的失重台階上，可以清楚的看到各組分的含量，其中（1）為揮發性組分，（2）為天然橡膠（NR），（3）為相應的第二聚合物組分
，（4）為炭黑。殘渣中為無機化合物。由此曲線分析得到的結果與理論值非常吻合。
利用DSC進行聚合物的鑒別
如果在高聚物的混合物中，各個組分的高溫分解溫度相近
，那麼用TGA進行分析時，就隻能得到總的聚合物的含量而不能將各個組分區分開了。但是
，借助DSC，就可以根據它們玻璃化轉變的不同而對各組分加以區分。玻璃化轉變溫度Tg表征了聚合物的類型，而玻璃化轉變台階的高度△Cp則反映了聚合物的含量。例如，對於NBR/CR混合物，CR和NBR的玻璃化轉變可以清楚的分離開來。台階高度的比例約為1:1，這與方程式中24.4%含量的NBR和24.4%含量的CRdelilunjieguoxiangdangyizhi。congjieguofenxizhongkeyikanchu，duiyuqitadanxingtidejieguofenxibushihen，zheshiyinweidiergebolihuazhuanbianfengyuhansongchifenghuorongrongfengzhongdiedeyuangu。
利用DMA進行機械性能分析
DMA可以為我們提供材料的宏觀粘彈行為和微觀性能。這可以用下麵的不同硫化度的SBR來進行說明。在玻璃化轉變過程中，貯存模量G’下降約3個數量級，而損耗模量G’’則呈現出一個峰。隨著硫化度的增加，玻璃化轉變移向較高的溫度。在材料處於橡膠態時，G’依賴於硫化度的大小。由於粘性流動，隨著溫度的升高，硫化度比較小的SBR1的貯存模量G’減小。在交聯密度比較高時
，G’隨著溫度線性增大。由此


，我們就可以根據材料在橡膠態時的模量來確定它的交聯密度，其交聯密度k可以根據等式k=G/(2RTρ)進行估算。經計算得到
，SBR3的交聯密度為1.07×10-4mol/g
，SBR4的交聯密度為2.03×10-4mol/g。這兩個數值的比值與二種材料中硫含量的比值一致。
利用真空條件下的TGA測試來進行峰的分離
有時候，增塑劑的蒸發與聚合物的分解會彼此重疊。在這種情況下，在較低的壓力（真空）下進行TGA測試，往往可以使兩個過程得到較好的分離
，這當然就相應的增加了結果分析的準確性。
在下麵的例子中，NR/SBR彈性體在常壓下進行測試，揮發組分的含量經測定約為6.3%。在壓力為10mbar時，我們重複這個實驗
，可以測得揮發組分的含量約為9.2％，這個值與組分中油的9.1％的實際含量比較吻合。
利用TMDSC增加測試準確度
利用溫度調製DSC(TMDSC)技術可以得到更加準確的結果。使用此技術後，焓的鬆弛效應以及熔融過程對測得的熱容曲線的影響明顯減小。
利用TMDSC方法對NR/SBR和EPDM/SBR混合物進行了測試

，通過對所得曲線的分析
，可以看出△Cp的比值與組分中的實際值一致。
DSC測得比值
TMDSC測得比值
組分中的實際值
NBR/CR
1:0:1
-
1:0:1
NR/SBR
4:0:1
3:6:1
3:5:1
EPDM/SBR
1:3:1
2:0:1
2:0:1
利用DMA進行蠕變性能測試
利用DMA測試，可以了解聚合物與添加劑之間的相互作用，並且可以看出材料的應力與應變之間保持線性關係的範圍。
我們對不同炭黑添加量的EPDM彈性體在橡膠態時的性能進行了測試。結果發現
，未用炭黑填充的EPDM的貯存模量為0.5Mpa，bingqiezhegezhibusuizheweiyizhenfudebianhuaerbianhua。ersuizhetanheihanliangzengda
，qimoliangyezengda。danshi，duiyutongyitanheihanliangdeyangpinlaishuo，dangjianqieweiyidezhenfuzengdashi
，qimoliangjianxiao
，yinciqiyingliyuyingbianquxianzhijianjiuchengxianchufeixianxingdeguanxi，zheshiyouyutanheicudekenixingpohuaizaochengde。
結論
熱分析技術能為表征材料的性能提供十分全麵 

、有用的信息：對於日常的質量控製和保證，單獨的質量技術指標的控製可以選擇單獨的熱分析技術就可以完成

；而對於材料的研究開發則需要綜合運用多種熱分析技術，對材料的性能進行全麵的研究和評估。

    信息來源：化學中國論壇