热分析基础应用系列之玻璃化转变温度(Tg)-DMA方法测试

前面我们已经讲过了玻璃化转变温度的基本概念和DSC的一般测试。这里再次将玻璃化转变温度的基本概念描述如下：

玻璃化转变温度（Tg）是非晶态高分子的固有特性，是材料内部分子运动的宏观体现。从分子结构上来说，玻璃化转变温度是材料内部分子链段从不能运动到能够运动的转变温度。关于玻璃转变温度，由于各种原因，很多人往往忘记了的本质。玻璃化转变的本质是一个过程，而不是一个温度点。这对了解和理解材料非常重要！

有人可能会质疑，那为什么人们发布的玻璃化转变只给一个温度点呢？这是为了应用的方便运用某种约定俗成或建立严格的标准方法后达到可重复的测量结果。比如我们要求试样量5mg±1mg，升温速率20℃/min，取玻璃化转变过程半高处的温度点等等。至于运用什么约定俗成或什么标准依据材料、行业和应用可能有所不同。

热分析仪器中测试玻璃化转变温度最基本仪器是DSC，除此之外，TMA和DMA也可以测试玻璃化转变温度，而且更灵敏。这里我们描述一下DMA测试玻璃化转变温度。

玻璃化转变是由于材料中无定型部分产生的，当无定型部分含量较少时(如复合材料、结晶度高的聚合物)，玻璃化转变将变弱，用DSC无法得到理想的结果（如图1），此时我们需要选择灵敏度更高DMA来进行测试（如图2）。

DMA即动态机械力学分析仪，可以表征材料的黏弹性能。不仅可以轻易得到不同体系的玻璃化转变温度，而且还可以得到样品完整的粘弹性参数，比如模量（包括复合模量G*，储能模量G’，损耗模量G”）、损耗因子Tan、粘度、应力-应变等诸多参数。对于DMA测试玻璃化转变温度（图2）一般用损耗因子Tan曲线（棕色曲线）的峰值表示，同时储能模量G’（红色曲线）和损耗模量G”曲线（蓝色曲线）上也有明显的变化，根据应用目的的不同也可以通过G’的变化的onset点和G”的峰值表示玻璃化转变温度，但是需要注意在报告中注明是使用的那一条曲线的温度作为玻璃化转变温度。

图1 碳纤维增强环氧树脂复合材料DSC测试结果

图2 碳纤维增强环氧树脂复合材料DMA测试结果