熱分析技術是表征材料的性質與溫度關系的一組技術，它在定性、定量表征材料的熱性能、物理性能、機械性能以及穩定性等方面有著廣泛地應用，對于材料的研究開發和生產中的質量控制都具有很重要的實際意義。目前熱分析技術在橡膠材料的研究開發和質量控制中愈來愈成為不可或缺的重要手段之一。

一、常見的熱分析方法包括以下幾項：

1、DSC是在程序控制溫度下，測量樣品的熱流隨溫度或時間變化而變化的技術。因此，利用此技術，可以對樣品的熱效應，如熔融、固－固轉變、化學反應等，進行研究。

2、TGA是在一定的氣氛中，測量樣品的質量隨溫度或時間變化而變化的技術，利用此技術可以研究諸如揮發或降解等伴隨有質量變化的過程。如果采用TGA-MS或TGA-FTIR的聯用技術，還可以對揮發出的氣體進行分析，從而得到更加全面和準確的信息。

3、TMA可以測量樣品在一定應力下的位移變化。利用DMA，則可以在很寬的頻率范圍內，對材料的粘彈性進行研究，從而得到材料的機械模量和阻尼行為。

目前熱分析技術在橡膠材料的研究開發和質量控制中愈來愈成為不可或缺的重要手段之一。

二、熱分析技術對于橡膠材料可提供如下性能指標的測試：

DSC

TGA

TMA

DMA

玻璃化轉變

組成分析

熱穩定性，氧化穩定性，降解

粘彈性能，彈性模量

阻尼行為

填充劑含量，炭黑含量

蒸發，汽化，吸附，解吸

軟化溫度

膨脹，收縮，溶劑中的溶化

硫化

熔融，結晶

反應焓

添加劑的表征

三、應用介紹：

1、利用TGA進行組成分析
TGA經常用來進行組成分析，利用它，可以觀察樣品由于蒸發、高溫分解、燃燒等引起的重量變化。失重臺階的大小與揮發組分（如增塑劑、溶劑等）和分解產物的含量直接相關。在對橡膠進行分析時，當聚合物高溫分解后，把氣氛從惰性氣氛變化為氧化氣氛，炭黑就會燃燒，在殘渣中就剩余了無機物和灰燼。對于高聚物的混合物，如果各組分的分解溫度范圍不同的話，則可以利用TGA來確定各個組分的含量。下圖所示為幾種的包含有天然橡膠的彈性體，第二聚合物組分分別為EPDM(A)，BR(B)或SBR(C)。從TGA曲線的失重臺階上，可以清楚的看到各組分的含量，其中（1）為揮發性組分，（2）為天然橡膠（NR），（3）為相應的第二聚合物組分，（4）為炭黑。殘渣中為無機化合物。由此曲線分析得到的結果與理論值非常吻合。

2、利用DSC進行聚合物的鑒別
如果在高聚物的混合物中，各個組分的高溫分解溫度相近，那么用TGA進行分析時，就只能得到總的聚合物的含量而不能將各個組分區分開了。但是，借助DSC，就可以根據它們玻璃化轉變的不同而對各組分加以區分。玻璃化轉變溫度Tg表征了聚合物的類型，而玻璃化轉變臺階的高度△Cp則反映了聚合物的含量。例如，對于NBR/CR混合物，CR和NBR的玻璃化轉變可以清楚的分離開來。臺階高度的比例約為1:1，這與方程式中24.4%含量的NBR和24.4%含量的CR的理論結果相當一致。從結果分析中可以看出，對于其他彈性體的結果分析不是很，這是因為第二個玻璃化轉變峰與焓松弛峰或熔融峰重疊的緣故。

3、利用DMA進行機械性能分析
DMA可以為我們提供材料的宏觀粘彈行為和微觀性能。這可以用下面的不同硫化度的SBR來進行說明。在玻璃化轉變過程中，貯存模量G’下降約3個數量級，而損耗模量G’’則呈現出一個峰。隨著硫化度的增加，玻璃化轉變移向較高的溫度。在材料處于橡膠態時，G’依賴于硫化度的大小。由于粘性流動，隨著溫度的升高，硫化度比較小的SBR1的貯存模量G’減小。在交聯密度比較高時，G’隨著溫度線性增大。由此，我們就可以根據材料在橡膠態時的模量來確定它的交聯密度，其交聯密度k可以根據等式k=G/(2RTρ)進行估算。經計算得到，SBR3的交聯密度為1.07×10-4mol/g，SBR4的交聯密度為2.03×10-4mol/g。這兩個數值的比值與二種材料中硫含量的比值一致。
4、利用真空條件下的TGA測試來進行峰的分離
有時候，增塑劑的蒸發與聚合物的分解會彼此重疊。在這種情況下，在較低的壓力（真空）下進行TGA測試，往往可以使兩個過程得到較好的分離，這當然就相應的增加了結果分析的準確性。

5、利用TMDSC增加測試準確度
利用溫度調制DSC(TMDSC)技術可以得到更加準確的結果。使用此技術后，焓的松弛效應以及熔融過程對測得的熱容曲線的影響明顯減小。
利用TMDSC方法對NR/SBR和EPDM/SBR混合物進行了測試，通過對所得曲線的分析，可以看出△Cp的比值與組分中的實際值一致。

6、利用DMA進行蠕變性能測試
利用DMA測試，可以了解聚合物與添加劑之間的相互作用，并且可以看出材料的應力與應變之間保持線性關系的范圍。
我們對不同炭黑添加量的EPDM彈性體在橡膠態時的性能進行了測試。結果發現，未用炭黑填充的EPDM的貯存模量為0.5Mpa，并且這個值不隨著位移振幅的變化而變化。而隨著炭黑含量增大，其模量也增大。但是，對于同一炭黑含量的樣品來說，當剪切位移的振幅增大時，其模量減小，因此其應力與應變曲線之間就呈現出非線性的關系，這是由于炭黑簇的可逆性破壞造成的。
四、結論：
熱分析技術能為表征材料的性能提供十分全面 、有用的信息：對于日常的質量控制和保證，單獨的質量技術指標的控制可以選擇單獨的熱分析技術就可以完成；而對于材料的研究開發則需要綜合運用多種熱分析技術，對材料的性能進行全面的研究和評估。

審核編輯 黃宇