热分析技术在胶黏剂研究中的应用

王 晶，樊慧娟，李 胜，张 慧，刘传玉，梁西良，张广艳

(1.黑龙江省科学院石油化学研究院，哈尔滨 150040； 2.黑龙江省科学院高技术研究院，哈尔滨 150020)



热分析技术在胶黏剂研究中的应用

王 晶1，2，樊慧娟1，李 胜1，2，张 慧1，2，刘传玉1，2，梁西良1，2，张广艳1，2

(1.黑龙江省科学院石油化学研究院，哈尔滨 150040； 2.黑龙江省科学院高技术研究院，哈尔滨 150020)

热分析技术是在一定程序温度控制下，研究物质的物理变化和化学变化的分析方法。在胶黏剂研究中，热分析技术能快速、准确地提供胶黏剂固化、热分解、模量变化等真实信息，并可通过一定的分析手段进行定性、定量研究，在胶黏剂研究中发挥着重要作用。

热分析；胶黏剂；应用

能将同种或不同种类的物质粘接在一起，粘接后的强度能够满足使用需求的一类物质统称为胶黏剂。胶黏剂的固化温度、热分解温度、玻璃化转变点、模量变化、机械性能及应力松弛等热性能参数是使用和研制过程中的重要指标，直接影响胶黏剂的使用条件、粘接强度、使用期限等方面问题，本文对几种常见的热分析方法在胶黏剂研究生产中起到的作用、提供的数据进行相应论述[1-3]。

1 热分析方法概述

热分析是测量在程序控制温度下，物质的物理性质与温度依赖关系的一类技术[4，5]。不同的热分析方法提供不同的信息，主要分为以下几种：

1.1 热重分析(TG)

热重法是指在不同的升温速率、频率、气氛环境下，样品的重量发生不同的变化。通过失重曲线解析得到样品的物理、化学信息，可以测定材料的组分，测定材料中的挥发性物质，研究材料的热稳定性能[6-10]。

1.2 差示扫描量热法(DSC)

差示扫描量热法是“在程序控温和一定气氛下，测量样品与温度或时间关系的技术”。用于研究材料的玻璃化转变温度、吸热或放热情况、初始固化峰温度、最高固化峰温度，终止固化峰温度等，根据峰面积的大小及数量可以进行材料组分分析[11，12]。

1.3 热机械分析法(TMA)

热机械分析法(Thermomechanical analysis，TMA)是在程序温度条件下，在静态力的作用下，材料发生一定的形变，通过TMA曲线图可以研究材料软化点、机械性能、膨胀系数及应力松弛等物理属性[13，14]。

1.4 动态机械热分析法(DMA)

动态机械热分析法是在程序温度下，测量物质在振荡负荷下模量和阻尼随温度、频率变化的一种技术。胶黏剂和其他高分子材料的刚度特性、阻尼特性、玻璃化转变特性等性质通过DMA曲线图的解析，可以得到材料的准确信息，对材料在各个不同领域的应用提供理论支持[15，16]。

2 热分析技术在胶黏剂研究中的应用

2.1 热重分析(TG)在胶黏剂研究中的应用

TG 分析优点很多，只需要几毫克的样品就可以进行检测，准确度高，可以考察不同气氛：如氮气、空气、氧气或不同比例的几种气氛下，材料的重量随温度的改变而发生的变化。图1实验条件：空气，频率1 Hz，升温速率10 ℃/min，样品重量7.432 mg。

图1 空气气氛下TG曲线图Fig.1 The TG curve in airatmosphere

由图1可知，样品热分解温度219 ℃，分解分为两个阶段，第一阶段失重率7.9%；第二阶段失重率34.6%。在500 ℃残碳量55%左右。

2.2 差示扫描量热仪(DSC)在胶黏剂研究中的应用

DSC 是一种应用最广的热分析方法，能够提供胶黏剂固化过程中的固化时间、放热量、组分分析及大致含量等胶黏剂的固化信息。也可以通过一系列条件实验，通过DSC表征，为确定最终、最优胶黏剂配方提供实验数据。图2实验条件：空气，频率1 Hz，升温速率5 ℃/min，样品重量2.321 mg。

图2 空气气氛下DSC曲线图Fig.2 The DSC curve in airatmosphere

由图2可看出，胶黏剂在162.3 ℃开始固化，外延起始温度为初始峰温度，可以作为物质固化的特征温度，放热339 mJ/mg，最大放热峰温度242.4 ℃，受实验条件影响较大。在305 ℃结束固化过程，为终止峰温度，在360 ℃左右有一个小的放热峰出现，含量相对较低。

2.3 动态热机械分析(DMA)在胶黏剂研究中的应用

DMA曲线一般包括储能模量(E′)、损耗模量(E″)和损耗因子(Tanδ)三条曲线，可以在较短的时间内得到材料的刚度与阻尼随温度、频率和时间的变化关系，这些信息对检验胶黏剂的质量、评价其性能和使用条件有实用价值。玻璃化转变温度Tg，是度量高聚物链段运动的特征温度，它直接影响胶黏剂的使用性能和工艺性能。

图3 DMA曲线图Fig.3 The DMA curve

2.4 热机械分析(TMA)在胶黏剂研究过程中的应用

在研究胶黏剂的研制过程中，其原料的种类多种多样，有橡胶类、溶液类、粉末类、胶膜类等。粉末及薄膜类样品可以通过TMA检测材料的膨胀系数、玻璃化转变点等重要性能指标。

图4 TMA曲线图Fig.4 The TMA curve

由图4可知，所测材料50 ℃～100 ℃膨胀系数134 ppm，150 ℃～200 ℃膨胀系数350 ppm。玻璃化温度116.02 ℃。

3 结语

热分析技术在高分子材料的研究中意义重大，本文介绍了四种常用的热分析方法的基本概念及在胶黏剂研制中的使用情况。在胶黏剂研究中，热分析技术为工艺条件优化提供了必要的技术支持，为研制性能优异的产品发挥着重要作用。随着科学技术的不断发展，热分析技术的应用范围将越来越广。

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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，硕士，研究员。

TQ433.432

A

1674-8646(2017)04-0013-02