高分子材料材质分析和热分析

高分子材料材质分析和热分析第一页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二高分子材料塑料橡胶&弹性体纤维涂料&胶黏剂等高分子材料分类第二页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二高聚物塑料：PP、PE、PA、PC、PVC、ABS、POM等橡胶：NR、SBR、NBR、CR、BR等弹性体：SBS、SIS、TPU、聚酯等纤维：氨纶、腈纶、锦纶、丙纶、棉、涤纶等涂料、胶黏剂：聚酯树脂、不饱和聚酯、聚氨酯树脂、醇酸树脂、环氧树脂等增塑剂邻(对、间)苯二甲酸酯、磷酸酯、脂肪酸酯、聚酯等防老剂（抗氧剂）酚类抗氧剂：抗氧剂BHT、抗氧剂1010等胺类抗氧剂：N-苯基-萘胺等高分子材料基本组成第三页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二稳定剂光稳定剂：苯酮衍生物、苯并三唑衍生物等热稳定剂：无机盐、有机酸盐、有机锡等增强剂玻璃纤维、碳纤维等填料碳酸钙、二氧化硅、滑石粉、硫酸钡等第四页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二颜料无机颜料：钛白粉、氧化铁红、炭黑等有机颜料：偶氮类、酞菁类其它有机溶剂、偶联剂、防霉剂、抗静电剂等第五页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二FTIR傅立叶变换红外光谱DSC差示扫描量热仪IR-microscope红外显微镜TGA热重分析仪UV紫外分光光度计PyGC-MS裂解气相色谱-质谱联用仪CoulometricKarlFischerTitration库仑法水分滴定仪实验室仪器介绍第六页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二FTIR（NICOLET5700）原理：当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。所以，红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。C2H4O1730cm-12720cm-1HHHHOCC第七页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二应用：由于红外吸收带的波长位置与吸收带的强度和形状能反映出分子结构的特征，所以主要用于鉴定未知物的结构或用于化学基团及化合物的定性鉴定。又因红外吸收带的吸收强度与分子组成或其化学基团的含量有关，故也可用来进行定量分析和化合物纯度鉴定。

第八页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二PC:ABS=1:9第九页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二PC:ABS=1:1第十页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二塑料鉴定采集红外光谱图ASTME1252-98(R2007)定性分析用获取红外光谱的通用技术规程GB/T6040-2002红外光谱分析方法通则制样方法热塑性塑料：热压成膜、溶液成膜&ATR热固性塑料：KBr压片&ATR材质鉴定将试样的谱图与标准的谱图进行对照，或者与文献上的谱图进行对照计算机谱图检索，则采用相似度来判别第十一页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二ATR第十二页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二热压成膜第十三页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二溶液成膜第十四页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二橡胶鉴定ASTMD3677-10ASTMD297-93(R2002)ISO4650-2005试样制备ISO1407:2009热解物鉴定薄膜鉴定ATR鉴定与标准中标准红外图进行比较鉴定GB/T7764-2001GB/T3516-2006第十五页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二适用范围和限制适用单一生胶单一混炼胶单一硫化胶限制并用胶料〔并用胶中的小比例聚合物含量一般不应低于20%(m/m)适用单一生胶单一混炼胶单一硫化胶限制并用胶料〔并用胶中的小比例聚合物含量一般不应低于20%(m/m)第十六页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二纤维鉴定ASTMD276-00aAATCC20-2007采集红外图方法ATR薄膜法KBr压片与标准中标准红外图进行比较鉴定FZ/T01057.8-1999第十七页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二适用范围和限制适用单一生胶单一混炼胶单一硫化胶限制并用胶料〔并用胶中的小比例聚合物含量一般不应低于20%(m/m)适用纤维素纤维蛋白质纤维各种合成纤维限制混纺纤维〔混纺纤维中的小比例纤维含量一般不应低于20%(m/m)不适用于红外光谱法鉴定的纤维第十八页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二涂料和胶黏剂鉴定采集红外光谱图ASTME1252-98(R2007)定性分析用获取红外光谱的通用技术规程GB/T6040-2002红外光谱分析方法通则制样方法液膜法、KBr压片&ATR高聚物鉴定将试样的谱图与标准的谱图进行对照，或者与文献上的谱图进行对照计算机谱图检索，则采用相似度来判别限制只能给出高聚物的类型，无法给出高聚物的详细结构，混用的高聚物需要其它检测手段验证。第十九页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二IR-microscope(NECOLETiN10)红外显微镜是通过显微镜观察被测样品的外观形态或物理微观结构的基础上直接测试样品某特定微小部位的化学结构，得到该微区物质的高质量红外谱图。它结合了微区观察和红外测量功能。由于来自FTIR光学台的高光通量的干涉红外光束被高精度地聚焦在测试样品的微小区域，因此测试灵敏度大大提高，低温冷却系统可测量小至10微米的样品。第二十页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二第二十一页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二红外显微镜特点1.测量灵敏度高2.适于样品的微区分析3.制样方法简便4.无损检验局限性：分析微量固体样品方面具有特殊优势，分析气体样品和微量液体样品方面存在困难。只有当液体样品较多时，采用直接将样品滴加在溴化钾晶片或其他晶片表面用透射法测试。第二十二页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二MCT检测器载物平台iN10红外显微镜放大倍数：100倍最小测试样品：10微米第二十三页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二红外显微镜采样方法

1.透射法1.透射法第二十四页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二2.反射法第二十五页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二3.衰减全反射第二十六页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二常见采样附件采样工具箱：第二十七页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二红外显微镜的应用1.多层复合薄膜的鉴定2.微小颗粒的测定3.微小斑点的测定4.微量污染物的测定5.法庭科学中的应用6.电子行业的应用第二十八页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二红外显微镜应用实例红外显微镜测定电路板上不良焊点：通过红外显微镜测定PCB板上不良焊点处异物的红外光谱图，由此确认该异物得化合物类型。第二十九页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二第三十页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二第三十一页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二第三十二页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二第三十三页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二第三十四页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二第三十五页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二第三十六页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二裂解气相色谱-质谱联用法鉴定高聚物的重要手段原理：将高聚物在高温下裂解成易挥发的小分子，而后将裂解产物作气相色谱分析。因在固定条件下某高聚物总是按某种方式裂解，裂解产物不仅反映原高聚物结构特点，在量上也保持对应关系。通过分析裂解产物做到对原高聚物的定性鉴定缺点：影响因素多，裂解条件需严格控制。仪器：岛津公司PY-2020系列裂解器＋岛津QP2010GC-MS第三十七页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二MDI环戊酮四氢呋喃第三十八页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二第三十九页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二DSC(TAQ200-90℃～550℃)：原理DSC是在程序控温条件下，直接测量样品在升温、降温或恒温过程中所吸收或释放出的能量第四十页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二应用熔点玻璃化转变温度结晶温度结晶度固化度氧化诱导期热焓值第四十一页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二熔点Tm、结晶温度Tc和热焓值∆H测试概念：物质的内在结构由晶态变为“液态”的过程被称为熔融。对应于熔融的温度为熔点，记为Tm。与低分子物质和金属不同，高分子聚合物的熔融不是发生在0.2~1℃左右的狭窄温度范围内，而是在一个较宽的温度范围，如10℃左右。高分子聚合物的这种熔融温度范围被叫做熔限。应用：聚合物的熔融温度和它的流动性密切相关，通过熔融温度可以了解聚合物在成型加工中形态的变化规律，研究聚合物流体在外场作用下的流动行为。第四十二页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二第四十三页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二第四十四页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二第四十五页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二熔点测定物质组成第四十六页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二常见结晶聚合物熔点聚合物熔点℃尼龙6215~225尼龙11180~190尼龙12170~180尼龙46295尼龙66（结晶速度比PA6快）250~260尼龙610210~220尼龙612212尼龙68235尼龙1010200-205尼龙1012194尼龙1212184共聚聚丙烯PP约148均聚聚丙烯PP160~170第四十七页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二聚合物熔点℃共聚甲醛Copolyoxymethylene(CPOM)

164均聚甲醛Homopolyoxymethylene(HPOM)

184聚乙烯密度0.92/cm3LDPE100-110聚乙烯密度0.94/cm3（LLDPE）122-127聚乙烯密度0.96/cm3HDPE125-135超高密度PE130-140聚对苯二甲酸乙二醇酯PET250~260聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT220聚四氟乙烯PTFE330PVDF156-165第四十八页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二测试标准适用范围ASTMD3418聚合物polymerASTME794金属、低分子有机物和聚合物GB/T19466.3塑料ISO11357-3塑料第四十九页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二玻璃化转变温度Tg测试概念：玻璃化转变则是高弹态和玻璃态之间的转变，从分子结构上讲，玻璃化转变温度是高聚物无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松弛现象，而不象相转变那样有相变热，非晶态聚合物的一个重要的物理性质。应用：在玻璃化转变温度以下，高分子材料为塑料；在玻璃化转变温度以上，高分子材料为橡胶或弹性体。从工程应用角度而言，玻璃化转变温度是工程塑料使用温度的上限，是橡胶或弹性体的使用下限。第五十页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二第五十一页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二测试标准适用范围ASTMD3418聚合物polymerASTME1356无定形材料或含无定形域的部分结晶材料GB/T19466.2塑料ISO11357-2塑料IPC-TM-6502.4.25PCBGB/T22567电绝缘材料IEC61006电绝缘材料第五十二页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二氧化诱导期OIT测试概念：在惰性气氛（氮气）中以一恒定速度加热试样及参比物，当达到指定温度时，气氛切换为相同流速的氧气。之后，样品在该温度下恒温直到热曲线上显示有氧化反应发生。从氧气流开始进入的时刻到发生氧化反应的时间间隔即为诱导期应用：为防止高分子聚合物的氧化降解作用，通常在聚合物中都添加少量的抗氧剂。氧化诱导期测试可以用来评价抗氧剂的效力和选择最为有效的抗氧化剂。第五十三页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二OIT第五十四页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二测试标准适用范围ASTMD3895聚烯烃树脂ISO11357-6聚烯烃树脂GB/T17391聚乙烯管材与管件第五十五页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二结晶度测试定义：结晶度——聚合物中结晶部分所占百分数聚合物的许多重要物理性能是与其结晶度密切相关的，所以结晶度成为聚合物的特征参数之一。由于结晶度与熔融热焓成正比，因此可利用DSC测定聚合物的百分结晶度。第五十六页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二结晶度对高聚物性能的影响结晶结构↓高分子链排列规则、整齐、紧密↓↓分子链间的作用增大

链段的运动困难↓↓影响各种宏观性能第五十七页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二不同结晶度聚乙烯的性能结晶度%65758595相对密度熔点（℃）拉伸强度（Mpa）伸长率（%）冲击强度（KJ/m2）硬度0．911051．4500541300．9312018300272300．9412525100213800．96130402016700第五十八页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二结晶度大小对聚合物性能的影响力学性能其它性能模量↑热性能↑硬度↑耐溶剂性↑伸长率↓溶解性能↓冲击强度↓透气性↑拉伸强度——高弹态↑密度↑拉伸强度——玻璃态↓光学透明性↓第五十九页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二第六十页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二固化度测试概念：固化度是热固性聚合物构料一个很重要的参数，用DSC可以很方便地进行测定，因为固化反应一般都是放热反应．放热的多少与树脂官能度的类型、参加反应的官能团的数量、固化剂的种类及其用量等有关．但是对于一个配方确定的树脂体系，固化反应热是一定的，因此可以通过下式进行计算固化程度对制品性能影响很大。固化程度越高，制品的力学性能和物理、化学性能得到充分发挥第六十一页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二第六十二页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二TGA（TAQ500）

自动气体切换，流量自动控制

.

高解析TGA

(Hi-Res)

.

智能等温技术

.

调制TGATM

.

温度范围：室温

至

1000℃

.

称重范围：1.0

g

.

灵敏度：0.1

μg

.

称重精度：+/-

0.01

%

加热速率：0.1

～

100

℃/分钟

定义：在程序控制温度下，测量在升温、降温或恒温过程中样品质量发生的变化。第六十三页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二

含1个结晶水的草酸钙热重曲线实例第六十四页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二TGA的应用一、在评价材料热稳定性方面的应用1、热稳定性评价方法1）热重曲线直接比较法第六十五页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二2）定温失重量法第六十六页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二3）定失重量温度法第六十七页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二4）始点温度法第六十八页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二5）终止温度法第六十九页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二6）拐点温度法或最大失重速率法第七十页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二7）外推始点温度法第七十一页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二8）余重法第七十二页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二9）半分解温度法等第七十三页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二2、TG用于聚烯烃类材料的热稳定性评价第七十四页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二3、TG用于卤代烯烃类材料的热稳定性评价第七十五页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二4、TG用于含氧类聚合物热稳定性评价第七十六页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二5、TG研究高分子材料中添加剂（增塑剂）的作用第七十七页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二6、TG研究高分子材料的组成第七十八页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二7、挥发物测定第七十九页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二8、水分测定第八十页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二9、TG研究高分子材料的共聚和共混第八十一页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二聚合物的典型TGA曲线第八十二页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二测试标准适用范围ISO11358聚合物热重分析，适用于固体和液体ASTMD3850电绝缘材料的固体聚合材料的快速热降解ASTMD6370橡胶及制品的组分分析ASTME2550通过TGA测试材料开始分解或反应和质量改变多少时的温度来评价材料的热稳定性GB/T14837测定硫化胶和混炼胶中总有机物、炭黑及灰分等组分含量IPC-TM-6502.4.24.6适用于测试层压板基材的热降解温度，PCB板或同类型的复合材料第八十三页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二灰分&玻璃纤维含量测试玻璃纤维含量适用不适用GB/T2577-2005适用于树脂基体能燃尽的玻璃纤维增强塑料不适用于所含矿物填料在最低燃烧温度下分解或矿物填料不溶于盐酸（滑石粉、二氧化钛等）的增强塑料ISO1172:1996适用玻纤增强材料，预浸料、模塑材料和层压板等。所含矿物填料在最低燃烧温度下分解或矿物填料不溶于盐酸（滑石粉、二氧化钛等）的短玻纤时，玻纤含量偏差较大，仅供参考。第八十四页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二灰分适用范围橡胶GB/T4498（ISO247）适用于生橡胶、混炼胶和硫化橡胶塑料GB/T9345.1(ISO3451-1

）塑料通用测试方法GB/T9345.2（ISO3451-2）聚对苯二甲酸烷撑酯GB/T9345.4（ISO3451-4）聚酰胺GB/T9345.5（ISO3451-5）聚氯乙烯ASTMD5630不适用于含氟和含卤的聚合物第八十五页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二UV（岛津1700）天然乳胶（latex）鉴定测试目的：乳胶制品大多数以天然胶乳为主体原材料来制造，而天然胶乳中含有过敏性水溶性蛋白质等许多非橡胶成份，如果胶乳中水溶性蛋白质超过一定的含量，少部分使用者（尤其是白种人群）皮肤就会产生红斑、瘙痒等过敏反应，并有严重的不适感。第八十六页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二测试标准方法原理ASTMD5712用缓冲溶液抽提水溶性蛋白质，然后通过沉淀、浓缩，将其从有可能干扰测定的其他水溶性物质中分离出来；再溶解沉淀的蛋白质，以标准蛋白质做参照，用改进lowry方法进行比色，判定蛋白质的是否存在，从而判定是否天然乳胶的存在。GB/T21870ISO12243BSEN455-3

附录A第八十七页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二库仑法水分滴定仪（配卡氏炉）测试标准适用ISO15512塑料水含量ASTME1064有机溶剂（0~2.0%）第八十八页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二高分子材料成分分析测试了解成分可识别各种货物的品质和原料质量控制。对比良品与不良品，可找出缺陷原因对类似产品作对比第八十九页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二特点组成复杂的混合体系测试人员相关经验多种方法和仪器综合分析第九十页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二测试方法的综合性元素分析结构分析有机分析无机分析成分分析第九十一页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二过程的复杂性聚氯乙烯制品：采集原样红外图和XRF乙醚索氏萃取：1g粉碎样品，两个平行样可溶部分：低分子量增塑剂、润滑剂、稳定剂等（FTIR&PGCMS鉴定）不溶部分不溶部分：FTIR鉴定可溶部分：PVC和可溶于THF的改性聚合物（FTIR&PGCMS鉴定）不溶部分：色料、填料及其它改性聚合物（FTIR鉴定）THF萃取：用THF溶解，离心可溶部分：聚合型增塑剂、表面活性剂（FTIR&PGCMS鉴定）乙醚索氏萃取剩余物继续甲醇萃取TGA曲线第九十二页，共一百零七页，编辑于2023年，星期二样品成分分析的一般方法了解样品的来源、用途成分分析的目的意义考虑样