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塑料高聚物的熱重分析（TG）檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-17 16:21:56 更新時(shí)間：2025-08-16 16:21:56

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

塑料高聚物的熱重分析（TG）檢測(cè)概述

熱重分析（Thermogravimetric Analysis, TG）是一種重要的熱分析技術(shù)，廣泛應(yīng)用于高分子材料尤其是塑料高聚物的性能評(píng)估與質(zhì)量控制中。該方法通過精確測(cè)量材料在程序控溫條件下質(zhì)量隨溫度或時(shí)間的變化，從而獲取其熱穩(wěn)定性、分解行為、組分含量及熱降解動(dòng)力學(xué)等關(guān)鍵信息。對(duì)于塑料高聚物而言，熱重分析不僅能夠揭示其在加工、使用或回收過程中可能經(jīng)歷的熱降解行為，還能有效識(shí)別填料、增塑劑、阻燃劑等添加劑的含量與熱穩(wěn)定性，為材料配方優(yōu)化、工藝參數(shù)設(shè)定及壽命預(yù)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)。隨著環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展要求的提升，對(duì)塑料材料熱性能的精準(zhǔn)檢測(cè)需求日益增長(zhǎng)，熱重分析技術(shù)因其高靈敏度、高分辨率和樣品用量少等優(yōu)勢(shì)，已成為塑料工業(yè)、科研機(jī)構(gòu)與質(zhì)檢單位不可或缺的分析手段。本文將圍繞塑料高聚物熱重分析的檢測(cè)項(xiàng)目、檢測(cè)儀器、檢測(cè)方法及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)闡述，以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用提供參考。

主要檢測(cè)項(xiàng)目

在塑料高聚物的熱重分析中，常見的檢測(cè)項(xiàng)目包括：

熱穩(wěn)定性分析：測(cè)定材料在不同升溫速率下的起始分解溫度（T_onset）、最大分解速率溫度（T_max）等，評(píng)估其耐熱性能。
組分含量測(cè)定：通過熱失重曲線解析分解階段的質(zhì)量損失，計(jì)算填料（如碳酸鈣、玻璃纖維）、增塑劑、阻燃劑或揮發(fā)性添加劑的含量。
熱降解機(jī)理研究：結(jié)合動(dòng)力學(xué)模型（如Kissinger、 Flynn-Wall-Ozawa法）分析熱分解過程中的反應(yīng)級(jí)數(shù)與活化能。
殘留物分析：測(cè)定材料高溫處理后的殘余質(zhì)量，用于判斷無機(jī)物含量或碳化程度。

常用檢測(cè)儀器

熱重分析儀是實(shí)現(xiàn)TG檢測(cè)的核心設(shè)備，目前主流儀器具備高精度溫度控制與微小質(zhì)量檢測(cè)能力。典型儀器包括：

德國耐馳（NETZSCH）TG 209 F3 Tarsus：具備高靈敏度微量天平（可達(dá)0.1 μg）、寬溫區(qū)（室溫至1100℃）、氮?dú)?空氣/氧氣氣氛控制，適用于多種高聚物材料測(cè)試。
美國TA Instruments Q500：集成熱重與差示掃描量熱（DSC）功能，支持多種氣氛與程序控溫，數(shù)據(jù)采集精度高，適合科研級(jí)分析。
日本精工（Shimadzu）TGA-50：結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)便，適合工業(yè)質(zhì)檢與常規(guī)材料篩選。

檢測(cè)方法

熱重分析的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)流程通常包括以下步驟：

樣品制備：取干燥、均勻的塑料顆?；蚍勰悠?，質(zhì)量控制在5–20 mg之間，避免團(tuán)聚或吸濕影響結(jié)果。
氣氛選擇：根據(jù)測(cè)試目的選擇惰性氣體（如氮?dú)猓┗蜓趸詺怏w（如空氣或氧氣），以模擬不同環(huán)境下的熱行為。
升溫程序設(shè)定：通常以5–20℃/min的升溫速率從室溫升至600–800℃，部分高穩(wěn)定性材料可升至1000℃。
數(shù)據(jù)采集與處理：儀器自動(dòng)記錄質(zhì)量變化曲線（TG曲線）與失重速率曲線（DTG曲線），結(jié)合軟件進(jìn)行峰位分析、殘余物計(jì)算與動(dòng)力學(xué)建模。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

為確保檢測(cè)結(jié)果的可比性與權(quán)威性，國內(nèi)外已建立一系列與熱重分析相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，其中主要標(biāo)準(zhǔn)包括：

GB/T 16911-2008《塑料熱重分析法測(cè)定熱穩(wěn)定性》：中國國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了熱重分析的測(cè)試條件、樣品制備、數(shù)據(jù)處理方法及結(jié)果表示方式。
ISO 11358-1:2013《Plastics — Determination of thermal stability — Part 1: Thermogravimetry (TG)：國際標(biāo)準(zhǔn)，適用于通用塑料，明確了升溫速率、氣氛條件與數(shù)據(jù)解釋準(zhǔn)則。
ASTM E1131-20a《Standard Test Method for Thermal Stability of Materials by Thermogravimetry：美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛用于工業(yè)與科研機(jī)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)儀器校準(zhǔn)與重復(fù)性驗(yàn)證。

遵循上述標(biāo)準(zhǔn)可有效保證檢測(cè)結(jié)果的科學(xué)性與規(guī)范性，為塑料材料的研發(fā)、生產(chǎn)及質(zhì)量監(jiān)控提供可靠依據(jù)。