概述:

玻璃化轉變是指無定形聚合物或半結晶聚合物中的無定形區域從粘流態或橡膠態到硬的、相對脆的玻璃態或者從硬的、相對脆的玻璃態到粘流態或橡膠態的一種可逆變化。相應地，玻璃化轉變溫度（Tg）是指發生玻璃化轉變的溫度范圍的近似中點的溫度。

聚合物在發生玻璃化轉變時，諸多性能都會發生很大變化，如模量等力學性能、比熱、比熱容等，利用玻璃化轉變過程中某些宏觀物理性質的變化即可測量Tg。目前最常用的測定Tg技術有以下幾類，分別是熱學分析的差示掃描量熱法（DSC）、熱機械分析法（TMA）、動態熱機械分析（DMA）。

原理介紹:

DSC測Tg原理：根據聚合物在Tg前后比熱會發生較大變化，使用DSC等可檢測到這種熱效應，在等速升溫時表現在曲線上是一個吸熱方向的臺階。以臺階前后兩條外推基線分別與曲線拐點處切線的兩個交點的溫度平均值作為Tg。典型曲線如圖1：

圖1. DSC曲線

TMA測Tg原理：TMA是測定材料膨脹系數常用的一種方法。根據聚合物在Tg前后膨脹系數發生明顯變化來測定Tg。在TMA曲線上表現為在某溫度區間內的一個弧線，該弧線前后切線的交叉點即為Tg。典型曲線如圖2：

圖2. TMA曲線

DMA測Tg原理：DMA是對試樣施加恒定振幅的正弦交變應力，觀察應變隨溫度或時間的變化規律，從而計算力學參數用以表征材料粘彈性的一種試驗方法。在聚合物玻璃化轉變過程中，其粘彈性有很大改變，從而可用DMA測定Tg。DMA曲線通常有儲能模量、損耗模量、損耗因子這三個信號，對應的Tg也可有三種取法，分別為存儲模量的臺階式下降曲線部分的起始點、損耗模量的峰值溫度、損耗因子的峰值溫度。典型曲線如圖3：

圖3. DMA曲線

測定方法比較：

小結：

由于玻璃化轉變是在一個溫度區間發生的，使用不同的測定方法測定的物理量實際上是不同的，所以測得的Tg數值也不同。因此,在標出某種材料的玻璃化轉變溫度時,必須注明測定的方法和條件，不同方法條件之間的結果是不能相互比較的。

參考文獻：

徐穎、張勇： 《測量玻璃化轉變溫度的幾種熱分析技術》

GB/T 19466.2-2004 塑料 差示掃描量熱法（DSC）第2部分：玻璃化轉變溫度的測定

IPC-TM-650 2.4.24C Glass Transition Temperature and Z-Axis Thermal Expansion by TMA

ISO 6721-11:2012  Plastics. Determination of dynamic mechanical properties. Part 11:Glass transition temperature

*** 結束 ***

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