- 技術原理 -
20.Feb.2023
熱分析-DSC 不同熱分析測量方法之間的玻璃轉移溫度差異
什麼是玻璃化轉變?
玻璃化轉變是非晶態高分子材料固有的性質，是高分子運動形式轉變的現象，它直接影響到材料的使用性能和工藝性能，由於高分子結構其分子運動更為複雜和多樣化。根據高分子的運動形式不同，絕大多數聚合物材料通常可處於以下三種物理狀態：玻璃態、高彈態（橡膠態）和粘流態。而玻璃化轉變則是高彈態和玻璃態之間的轉變。從分子結構上來看，玻璃化轉變温度是高聚物無定形部分從凍結狀態到解凍狀態的一種鬆弛現象，而不像相轉變那樣有相變熱，所以它既不是一級相變也不是二級相變。
在玻璃化轉變温度以下，高聚物處於玻璃態，分子鏈和鏈段都不能運動，只是構成分子基團在其平衡位置作振動；而在玻璃化轉變温度時分子鏈雖不能移動，但是鏈段開始運動，表現出高彈性質，温度再升高，就使整個分子鏈運動而表現出粘流性質。在温度較低時，材料為剛性固體狀，與玻璃相似，在外力作用下只會發生非常小的形變，此狀態即為玻璃態：當温度繼續升高到一定範圍後，材料的形變明顯地增加，並在隨後的一定温度區間形變相對穩定，此狀態即為高彈態，温度繼續升高形變量又逐漸增大，材料逐漸變成粘性的流體，此時形變不可能恢復，此狀態即為粘流態。
我們通常把玻璃態與高彈態之間的轉變稱為玻璃化轉變，它所對應的轉變温度即是玻璃化轉變温度。
本文將探討不同熱分析測試方法之間的玻璃化溫度差異，一般而言，除熱示差掃描量熱法(DSC), 熱機械分析(TMA)和動態黏彈性測量(DMA)外，分析聚合物玻璃化溫度的其他方法還有差熱分析法(DTA)，推桿式熱膨脹測量 (DL) 和介電分析 (DES)。
在玻璃化轉變温度以下，高聚物處於玻璃態，分子鏈和鏈段都不能運動，只是構成分子基團在其平衡位置作振動；而在玻璃化轉變温度時分子鏈雖不能移動，但是鏈段開始運動，表現出高彈性質，温度再升高，就使整個分子鏈運動而表現出粘流性質。在温度較低時，材料為剛性固體狀，與玻璃相似，在外力作用下只會發生非常小的形變，此狀態即為玻璃態：當温度繼續升高到一定範圍後，材料的形變明顯地增加，並在隨後的一定温度區間形變相對穩定，此狀態即為高彈態，温度繼續升高形變量又逐漸增大，材料逐漸變成粘性的流體，此時形變不可能恢復，此狀態即為粘流態。
我們通常把玻璃態與高彈態之間的轉變稱為玻璃化轉變，它所對應的轉變温度即是玻璃化轉變温度。
本文將探討不同熱分析測試方法之間的玻璃化溫度差異，一般而言，除熱示差掃描量熱法(DSC), 熱機械分析(TMA)和動態黏彈性測量(DMA)外，分析聚合物玻璃化溫度的其他方法還有差熱分析法(DTA)，推桿式熱膨脹測量 (DL) 和介電分析 (DES)。
同一種聚合物在這些方法中的玻璃化溫度是不同的。不同測量方法之間玻璃化溫度的這種差異是由三個主要原因造成的：
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根據測量方法的不同，檢測的物理量也不同：
| DSC > 熱容量的變化 | TMA > 長度（體膨脹）的變化 | DMA > 分子鏈運動方式的變化 |
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玻璃化現象是一種鬆弛現象，玻璃化溫度取決於觀察的時間。因此，如果使用相同的測量方法，但關於時間的測量條件不同，玻璃化溫度也會不同。
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一般來說，玻璃化溫度是以單一溫度給出的，但這只是對發生在轉變區的玻璃化現象的定義讀數，單一溫度是作為代表溫度給出的。因此，同一數據的玻璃化溫度是不同的，這取決於讀取哪個點，即取決於讀取的定義。
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