材料热分析
热分析定义：
是在程序控制温度下，测量物质的物理性能随温度变化的技术。
热分析目的：
研究物质的物理性质、化学性质及其变化过程。
热分析意义：
在表征材料的热性能、物理性能、机械性能以及稳定性等方面有着广泛地应用，对于材料的研究开发和生产中的质量控制都具有很重要的实际意义。
主要热性能参数：
1）玻璃化转变温度 (Glass Transition Temperature,Tg)
非晶态聚合物的玻璃态与高弹态之间的转变温度
2）熔点(Melting Point，Tm)
完全结晶或部分结晶物质的固体状态向不同黏度的液态间的转变温度。
3）热焓 (Enthalpy)
熔融热焓：是指在定压条件下，使某种物质熔融所需要的能量
结晶热焓：是指在定压条件下，使某种物质结晶释放的能量
4）结晶温度（ Crystallization Temperature）
物质从非晶液态向完全结晶或部分结晶固态的转变温度
5）结晶度（ Crystallinity）
试样中结晶部分的重量百分数或体积百分数
6）比热容（ Specific Heat Capacity，Cp）
单位温升所需要的能量（即热容C）除以质量m
7）平均线性热膨胀系数 (Coefficient of Linear Thermal Expansion, CTE)
在一定的温度间隔内，试样的长度变化与温度间隔及试样初始长度之比
8）热裂解温度 (Thermal Decomposition Temperature, Td)
聚合物受热后，高分子链开始断裂分解时的温度
参考标准：
ASTM D3418-03， ISO11357-1999，GB/T 19466-2004，ASTM E1356-98，ASTM E831-00，ISO11359-1999，
GB1036-89，ASTM D696-03，ASTM E1131-2003，JY/T 014-1996，IPC-TM-650
常用的热分析技术：
差示扫描量热法是在程序温度控制下测量物质与参比物之间单位时间的能量差（或功率差）随温度变化的一种技术，对应的仪器为差
示扫描量热仪（DSC)
常用的DSC：功率补偿式DSC、热流式DSC
功率补偿式DSC
热流式DSC
DSC测试影响因素
1.升温速率：升温快灵敏度高会产生滞后现象
2.基线漂移：基线漂移会影响 DSC曲线分析
3.校准：包括温度、基线、能量的校准
4.材料热历史
DSC测试曲线分析
比热容(specific heat capacity) –DSC法
玻璃化转变温度(Tg)-DSC法
高分子材料：熔点、熔融热焓、结晶温度、结晶热焓、结晶度
金属材料熔点DSC曲线
热重分析技术是指在程序控温与一定气氛下，测量试样的重量与温度或时间关系的技术，对应的仪器为热重分析仪（TGA）
原理：
在程序温度（升／降／恒温及其组合）过程中，由天平连续测量样品重量的变化并将数据传递到计算机中对时间／温度进行作图，即得到热重曲线
TGA原理图
TGA测试影响因素
1. 升温速率：升温快会产生滞后现象，常用10℃/min与20℃/min
2. 保护气氛的稳定性：气氛影响天平的平衡
3. 校准：包括温度、炉子、重量的校准
TGA分析曲线：
热裂解温度（Td）分析方法一：
参考标准ISO 11358，适用于塑料母粒及成品等。
热裂解温度（Td）分析方法二：
参考标准IPC-TM-650 2.4.24.6，适用于电子产品，如PCB板等
成分分析：
在设定的气氛条件下，测量物质在静态或动态负荷作用下，力学量（如尺寸、模量等）随温度或时间的变化，对应的仪器为热机械分析仪.
常见的热机械分析：
静态热机械分析：在近于零负荷下，测量力学量与温度的变化，即静负荷下测定，也是通常所谓的热机械分析。
动态热机械分析：在振动负荷下测定力学量与温度的变化。
原理:
TMA测试影响因素
1. 升温速率：升温速率过快样品温度分布不均匀
2. 样品热历史
3. 样品缺陷：气孔、填料分布不均、开裂等
4. 探头施加的压力大小：一般推荐0.001~0.1N
5. 样品发生化学变化
6. 外界振动
7. 校准：探头、温度、压力、炉子常数等校准
8. 气氛
9. 样品形状，上下表面是否平行应用：
TMA应用：
曲线分析：
膨胀系数与膨胀百分比：
玻璃化转变温度：
注意：TMA测试玻璃化转变温度原理与DSC测试是完全不同，通常两种测试方法测试结果相差较大
软化点：
PCB板爆板时间T260/T288：
当材料在周期变化的应力作用下，测定其模量（刚性）和阻尼（能量损耗）特性。这些测量可以提供材料性能方面定性和定量的信息。
原理：
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静态作用力下的模量 |
动态作用力下的模量 |
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DMA 典型应用：
刚性（E’）
阻尼特性（E”, tgδ）
蠕变与应力松弛
滞后与内耗
玻璃化转变
相转变
软化温度
次级松弛
固化过程
DMA 形变模式：
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三点弯曲 |
单／双悬臂 |
拉伸 |
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压缩／针入 |
剪切 |
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测量机制（标准模式）：
测试前仅对动态力与振幅的最大值进行限定，测试过程中软件自动根据当前模量情况对力与振幅进行实时动态调整。
DMA 典型图谱：
玻璃化转变温度（Tg）可取E’的外推起始点、E”的峰值温度或tgδ的峰值温度。
DMA 多频扫描图谱：
随着频率的升高，Tg 特征温度升向高温。
