不同的热分析技术测量Tg，应该如何选择？
玻璃化转变温度（Tg）是什么？从分子结构角度定义:高分子链由冻结到解冻、活动到冻结转变点所对应的温度点。从测试角度定义:高聚物的力学性能(模量、力学损耗)、热力学性质(比热容、热膨胀系数、焓)、电磁性质(介电性、导电性、内耗峰)、形变(膨胀系数)、光学性质(折光指数)等物理性质发生突变所对应的温度。从实验现象角度定义:由高弹态转变为玻璃态、玻璃态转变为高弹态所对应的温度。
对于非晶聚物，对它施加恒定的力，观察它发生的形变与温度的关系，通常称为温度形变曲线或热机械曲线。非晶聚物有四种力学状态，分别是玻璃态、粘弹态、高弹态和粘流态。一般，玻璃态向高弹态的转变叫做玻璃化转变，形态转变过程的温度区间称为玻璃化温度(Tg)。
玻璃化转变温度测试
测定玻璃化转变温度是最常进行的热分析测试之一，应当使用哪种技术来测量玻璃化转变温度呢？哪种技术测试出的玻璃化转变温度更准确？今天小编借用中心测试实例为您解析。
对于高聚物材料的玻璃化转变温度的测量，常用三种方法测试:差示扫描量热法(DSC)、热机械分析法(TMA)、动态热机械分析法(DMA)，此外，还有膨胀计法、折光率法、核磁共振法。
在玻璃化转变时，由于样品分子链协同重排的自由度变大，因此升温协同重排会导致比热容 (cp) 上升 。
在玻璃化转变时，样品中玻璃态的自由体积小于高弹态的自由体积，因为协同重排需要额外的空间，膨胀系数 (α) 会发生变化。
对于DMA升温测试，在玻璃化转变时，分子的流动性显著提高，这会导致弹性模量发生较大变化。
我们分别使用DSC，TMA和DMA对同一种聚苯乙烯（PS）材料进行测试，测试时使用5K/min的升温速率和适用于每种仪器的样品量。
对于DSC升温测试，在玻璃态下，PS的cp值约为2.6 J/g/K。在玻璃化转变后，cp增加约0.4 J/g/K。
对于TMA升温测试，PS在玻璃化转变前后的α 会从大约 70 ppm/K增加到 300 ppm/K。
对于DMA升温测试，PS在从玻璃态转变为橡胶态时，PS的杨氏模量从大约 1000 Mpa 降低至大约1 Mpa，即降低 1000 倍。
总结
对于DSC, TMA和DMA用于玻璃化温度的测试，测试的物理特性及转变时的变化量、每种技术的优缺点进行汇总，如下图所示：
通过这些曲线计算出有微弱差异的玻璃化转变温度，这些玻璃化转变温度都是准确的，三种测试方法，因为原理不同，使用三种方法得到的玻璃化转变温度是无法比较的，且玻璃化转变是一个温度区域内发生的，不是发生于某一点。因此，具体测试方法的选择，还需要根据样品情况进行评估。
清华大学深圳国际研究生院材料与器件检测技术中心
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