王 晶，樊慧娟，李 勝，張 慧，劉傳玉，梁西良，張廣艷

(1.黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院，哈爾濱 150040； 2.黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，哈爾濱 150020)

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熱分析技術(shù)在膠黏劑研究中的應(yīng)用

王 晶1，2，樊慧娟1，李 勝1，2，張 慧1，2，劉傳玉1，2，梁西良1，2，張廣艷1，2

(1.黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院，哈爾濱 150040； 2.黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，哈爾濱 150020)

熱分析技術(shù)是在一定程序溫度控制下，研究物質(zhì)的物理變化和化學(xué)變化的分析方法。在膠黏劑研究中，熱分析技術(shù)能快速、準(zhǔn)確地提供膠黏劑固化、熱分解、模量變化等真實(shí)信息，并可通過(guò)一定的分析手段進(jìn)行定性、定量研究，在膠黏劑研究中發(fā)揮著重要作用。

熱分析；膠黏劑；應(yīng)用

能將同種或不同種類的物質(zhì)粘接在一起，粘接后的強(qiáng)度能夠滿足使用需求的一類物質(zhì)統(tǒng)稱為膠黏劑。膠黏劑的固化溫度、熱分解溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)、模量變化、機(jī)械性能及應(yīng)力松弛等熱性能參數(shù)是使用和研制過(guò)程中的重要指標(biāo)，直接影響膠黏劑的使用條件、粘接強(qiáng)度、使用期限等方面問(wèn)題，本文對(duì)幾種常見(jiàn)的熱分析方法在膠黏劑研究生產(chǎn)中起到的作用、提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)論述[1-3]。

1 熱分析方法概述

熱分析是測(cè)量在程序控制溫度下，物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度依賴關(guān)系的一類技術(shù)[4，5]。不同的熱分析方法提供不同的信息，主要分為以下幾種：

1.1 熱重分析(TG)

熱重法是指在不同的升溫速率、頻率、氣氛環(huán)境下，樣品的重量發(fā)生不同的變化。通過(guò)失重曲線解析得到樣品的物理、化學(xué)信息，可以測(cè)定材料的組分，測(cè)定材料中的揮發(fā)性物質(zhì)，研究材料的熱穩(wěn)定性能[6-10]。

1.2 差示掃描量熱法(DSC)

差示掃描量熱法是“在程序控溫和一定氣氛下，測(cè)量樣品與溫度或時(shí)間關(guān)系的技術(shù)”。用于研究材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、吸熱或放熱情況、初始固化峰溫度、最高固化峰溫度，終止固化峰溫度等，根據(jù)峰面積的大小及數(shù)量可以進(jìn)行材料組分分析[11，12]。

1.3 熱機(jī)械分析法(TMA)

熱機(jī)械分析法(Thermomechanical analysis，TMA)是在程序溫度條件下，在靜態(tài)力的作用下，材料發(fā)生一定的形變，通過(guò)TMA曲線圖可以研究材料軟化點(diǎn)、機(jī)械性能、膨脹系數(shù)及應(yīng)力松弛等物理屬性[13，14]。

1.4 動(dòng)態(tài)機(jī)械熱分析法(DMA)

動(dòng)態(tài)機(jī)械熱分析法是在程序溫度下，測(cè)量物質(zhì)在振蕩負(fù)荷下模量和阻尼隨溫度、頻率變化的一種技術(shù)。膠黏劑和其他高分子材料的剛度特性、阻尼特性、玻璃化轉(zhuǎn)變特性等性質(zhì)通過(guò)DMA曲線圖的解析，可以得到材料的準(zhǔn)確信息，對(duì)材料在各個(gè)不同領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論支持[15，16]。

2 熱分析技術(shù)在膠黏劑研究中的應(yīng)用

2.1 熱重分析(TG)在膠黏劑研究中的應(yīng)用

TG 分析優(yōu)點(diǎn)很多，只需要幾毫克的樣品就可以進(jìn)行檢測(cè)，準(zhǔn)確度高，可以考察不同氣氛：如氮?dú)?、空氣、氧氣或不同比例的幾種氣氛下，材料的重量隨溫度的改變而發(fā)生的變化。圖1實(shí)驗(yàn)條件：空氣，頻率1 Hz，升溫速率10 ℃/min，樣品重量7.432 mg。

圖1 空氣氣氛下TG曲線圖Fig.1 The TG curve in airatmosphere

由圖1可知，樣品熱分解溫度219 ℃，分解分為兩個(gè)階段，第一階段失重率7.9%；第二階段失重率34.6%。在500 ℃殘?zhí)剂?5%左右。

2.2 差示掃描量熱儀(DSC)在膠黏劑研究中的應(yīng)用

DSC 是一種應(yīng)用最廣的熱分析方法，能夠提供膠黏劑固化過(guò)程中的固化時(shí)間、放熱量、組分分析及大致含量等膠黏劑的固化信息。也可以通過(guò)一系列條件實(shí)驗(yàn)，通過(guò)DSC表征，為確定最終、最優(yōu)膠黏劑配方提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖2實(shí)驗(yàn)條件：空氣，頻率1 Hz，升溫速率5 ℃/min，樣品重量2.321 mg。

圖2 空氣氣氛下DSC曲線圖Fig.2 The DSC curve in airatmosphere

由圖2可看出，膠黏劑在162.3 ℃開(kāi)始固化，外延起始溫度為初始峰溫度，可以作為物質(zhì)固化的特征溫度，放熱339 mJ/mg，最大放熱峰溫度242.4 ℃，受實(shí)驗(yàn)條件影響較大。在305 ℃結(jié)束固化過(guò)程，為終止峰溫度，在360 ℃左右有一個(gè)小的放熱峰出現(xiàn)，含量相對(duì)較低。

2.3 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析(DMA)在膠黏劑研究中的應(yīng)用

DMA曲線一般包括儲(chǔ)能模量(E′)、損耗模量(E″)和損耗因子(Tanδ)三條曲線，可以在較短的時(shí)間內(nèi)得到材料的剛度與阻尼隨溫度、頻率和時(shí)間的變化關(guān)系，這些信息對(duì)檢驗(yàn)?zāi)z黏劑的質(zhì)量、評(píng)價(jià)其性能和使用條件有實(shí)用價(jià)值。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg，是度量高聚物鏈段運(yùn)動(dòng)的特征溫度，它直接影響膠黏劑的使用性能和工藝性能。

圖3 DMA曲線圖Fig.3 The DMA curve

2.4 熱機(jī)械分析(TMA)在膠黏劑研究過(guò)程中的應(yīng)用

在研究膠黏劑的研制過(guò)程中，其原料的種類多種多樣，有橡膠類、溶液類、粉末類、膠膜類等。粉末及薄膜類樣品可以通過(guò)TMA檢測(cè)材料的膨脹系數(shù)、玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)等重要性能指標(biāo)。

圖4 TMA曲線圖Fig.4 The TMA curve

由圖4可知，所測(cè)材料50 ℃～100 ℃膨脹系數(shù)134 ppm，150 ℃～200 ℃膨脹系數(shù)350 ppm。玻璃化溫度116.02 ℃。

3 結(jié)語(yǔ)

熱分析技術(shù)在高分子材料的研究中意義重大，本文介紹了四種常用的熱分析方法的基本概念及在膠黏劑研制中的使用情況。在膠黏劑研究中，熱分析技術(shù)為工藝條件優(yōu)化提供了必要的技術(shù)支持，為研制性能優(yōu)異的產(chǎn)品發(fā)揮著重要作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，熱分析技術(shù)的應(yīng)用范圍將越來(lái)越廣。

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Application of thermal analysis technology in research of adhesives

WANG Jing1,2, FAN Hui-juan1, LI Sheng1,2, ZHANG Hui1,2, LIU Chuan-yu1,2,LIANG Xi-liang1,2, ZHANG Guang-yan1,2

(1.Institute of Perrochemistry, Heilongjiang Academy of Sciences, Harbin 150040, China; 2.Institute of Advanced Technology, Heilongjiang Academy of Sciences, Harbin 150020, China)

Thermal analysis technology is the method to study the physical and chemical change of the material under the control of certain temperature. Thermal analysis technology can provide truth information of adhesive curing, thermal decomposition and modulus changes, and make quantitative and qualitative research through certain analytical tools, which is important in the research of adhesives.

Thermal analysis; Adhesives; Application

2016-12-06

王晶(1970-)，女，碩士，研究員。

TQ433.432

A

1674-8646(2017)04-0013-02