何时使用DSC、TMA或DMA测量玻璃化转变温度(Tg)。

玻璃化转变温度 (Tg) 是定义材料完整性、制造条件和操作指南的基本材料特性，适用于聚合物、电子产品和先进材料等应用领域。玻璃化转变可以通过三种热分析技术进行测量：DSC、TMA 和 DMA 各有其适用的材料和应用。这篇博客将解释这些技术如何测量Tg，以及何时应该选择哪种技术。

玻璃化转变是指非晶态材料在加热时从玻璃态转变为橡胶态，或在冷却时从橡胶态转变为非晶态的温度区域。玻璃化转变实际上发生在一定的温度范围内，但通常被报道为一个单一的温度，称为 Tg。

了解玻璃化转变温度有助于解答一些重要问题，例如：

• 印刷电路板（PCB）在什么温度下有分层风险？
• 注塑成型或聚合物共混而不发生降解的理想温度是多少？
• 材料在使用过程中会发生变形或开裂吗？

玻璃化转变可以通过DSC、TMA和DMA来测量。这些热学技术均基于玻璃化转变过程中不同材料特性的变化来检测 Tg。选择正确的方法对于获得可靠的数据和对材料进行定量比较至关重要。

差示扫描量热法（DSC）是测量玻璃化转变最常用的方法。DSC 测量样品相对于惰性参考物的热量流入和流出，揭示热容变化，用于定义玻璃化转变。这些热容变化产生了三个温度值：玻璃化转变的起始温度、转变的中点温度和转变的结束温度。

实验设计对DSC结果至关重要。更高的加热速率可以提供更高的灵敏度，但由于仪器效应、样品热导率和转变动力学，会使 Tg 发生偏移。尽管如此，现代 DSC 仪器仍具有优异的基准性能，并且当与高加热速率相结合时，可为非晶态、半结晶态和增塑材料以及热固性树脂提供可靠的 Tg 测量。DSC 可以同时测量熔融、结晶和固化反应，提供其他方法所缺乏的额外热数据。

调制差示扫描量热法 (MDSC) 通过施加振荡热流，提供有关可逆和非可逆转变的更多信息。虽然体积弛豫吸热峰可能会扭曲传统 DSC 的 Tg，但 MDSC 将体积弛豫吸热峰与 Tg 处的热容变化逆向变化分离，从而获得更可靠的测量结果。MDSC 还可以区分不可逆转变（如冷结晶和固化），并提供检测与加热速率相关的转变的灵敏度。MDSC 对半结晶聚合物、多层薄膜或部分固化的热固性材料尤其有价值。

热机械分析 (TMA)是根据样品受热时尺寸的变化来测量玻璃化转变的。Tg 可以通过热膨胀的变化来测量，也可以通过探针穿透深度的增加来测量，因为材料在玻璃化转变过程中会软化。膨胀模式适用于刚性热塑性塑料和具有明确膨胀过渡的材料，而渗透模式更适用于在 Tg 以上明显软化的材料，例如较软的聚合物、涂料、粘合剂和一些弹性体。

对于填充、高度结晶或交联的材料，TMA 比 DSC 更合适，因为在 Tg 处观察到的尺寸变化通常很显著。然而，TMA 测得的 Tg 曲线通常较宽，可能受到探针加载条件的影响，并且可能受到体积弛豫效应的影响。

动态力学分析 (DMA)通过施加振荡的机械应力或应变来测量机械刚度和能量吸收的变化。随着分子运动在玻璃化转变过程中增加，储能模量（E’）急剧下降，使得DMA成为测定Tg最灵敏的技术之一。这种灵敏度非常适合检测高填充、结晶或交联材料中非晶态含量极低的Tg。

可以使用三个 DMA 事件来定义玻璃化转变的范围。储能模量起始点 (E’) 标志着玻璃化转变的开始，损耗模量峰值 (E”) 是玻璃化转变的中点，损耗角正切峰值代表转变的上限。

DSC、TMA 和 DMA 在测定不同材料的 Tg 时各有其优势和劣势。下表总结了根据我们的研究，不同热分析技术在评估不同材料的玻璃化转变温度（Tg）方面的相对效用：

有关更多信息和分析，请阅读完整的应用说明《探索热分析技术对玻璃化转变的敏感性》 。我们的免费热分析选型指南中提供了更详细的分析，介绍了哪些热分析仪器适合特定的应用。