您現(xiàn)在的位置：首頁(yè) > 檢測(cè)項(xiàng)目 > 其他檢測(cè)

玻璃化溫度和Z軸熱膨脹（TMA法)檢測(cè)

1對(duì)1客服專屬服務(wù)，免費(fèi)制定檢測(cè)方案，15分鐘極速響應(yīng)

可選形式：電子報(bào)告紙質(zhì)報(bào)告

可選語(yǔ)言：中文報(bào)告英文報(bào)告

發(fā)布時(shí)間：2025-08-17 16:30:46 更新時(shí)間：2025-08-16 16:30:46

點(diǎn)擊：0

作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

玻璃化溫度與Z軸熱膨脹（TMA法）檢測(cè)：材料性能評(píng)估的關(guān)鍵技術(shù)

在高分子材料、復(fù)合材料及電子封裝材料的研發(fā)與質(zhì)量控制中，玻璃化溫度（Tg）和Z軸熱膨脹系數(shù)（Z-TMA）是兩項(xiàng)至關(guān)重要的熱物理性能指標(biāo)。玻璃化溫度代表聚合物從高彈態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界溫度，直接影響材料的機(jī)械性能、尺寸穩(wěn)定性及使用溫度范圍；而Z軸熱膨脹系數(shù)則反映材料在垂直于板材平面方向上的熱膨脹行為，尤其在多層板（如PCB）和柔性電路板中，Z軸膨脹過(guò)大可能導(dǎo)致焊點(diǎn)開(kāi)裂、元器件脫落等可靠性問(wèn)題。因此，對(duì)玻璃化溫度與Z軸熱膨脹的精準(zhǔn)檢測(cè)，已成為材料研發(fā)、工藝優(yōu)化和產(chǎn)品驗(yàn)證的核心環(huán)節(jié)。目前，熱機(jī)械分析法（Thermomechanical Analysis, TMA）因其高靈敏度、高分辨率及可實(shí)現(xiàn)原位測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于上述性能的測(cè)試中。通過(guò)TMA技術(shù)，可同時(shí)獲取材料在升溫過(guò)程中的尺寸變化與熱力學(xué)轉(zhuǎn)變行為，為材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用環(huán)境匹配提供科學(xué)依據(jù)。本篇文章將詳細(xì)介紹TMA法檢測(cè)玻璃化溫度與Z軸熱膨脹的檢測(cè)項(xiàng)目、檢測(cè)儀器、檢測(cè)方法及依據(jù)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，幫助科研人員與工程師全面理解該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值與操作要點(diǎn)。

檢測(cè)項(xiàng)目

玻璃化溫度（Tg）檢測(cè)：通過(guò)測(cè)量材料在升溫過(guò)程中發(fā)生的微小尺寸變化，識(shí)別其從玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度點(diǎn)。該參數(shù)直接反映材料的剛性與耐熱性能，是評(píng)價(jià)高分子材料熱穩(wěn)定性的重要依據(jù)。

Z軸熱膨脹系數(shù)（Z-TMA）檢測(cè)：在垂直于材料表面方向（Z軸）測(cè)量其熱膨脹行為，計(jì)算單位溫度變化下的長(zhǎng)度變化率（單位：ppm/℃）。該指標(biāo)對(duì)電子封裝、多層基板、柔性電路等高精度器件尤為重要，可預(yù)測(cè)材料在熱循環(huán)下的可靠性表現(xiàn)。

檢測(cè)儀器

熱機(jī)械分析儀（TMA）是執(zhí)行上述檢測(cè)的核心設(shè)備。典型儀器如Netzsch TMA 402 F3, TA Instruments Q400 TMA，以及Anton Paar TMA 125等，均具備高精度位移傳感器、可控溫區(qū)及自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。儀器關(guān)鍵組件包括：

精密加熱爐：實(shí)現(xiàn)從室溫至600℃以上的程序升溫控制，升溫速率可調(diào)（通常為1–20℃/min）。
位移傳感器：分辨率可達(dá)0.01μm，能捕捉微小的尺寸變化。
探針系統(tǒng)：適用于不同樣品形態(tài)（如薄片、厚板、纖維等），支持頂桿式、懸臂式等多種加載方式。
真空/氣氛控制模塊：可通入氮?dú)?、空氣或真空環(huán)境，避免氧化影響測(cè)試結(jié)果。

檢測(cè)方法

1. 樣品制備：選取厚度均勻、表面平整的材料試樣，尺寸一般為5×5×1–3 mm，需確保Z軸方向?yàn)椴牧虾穸确较?。樣品?yīng)無(wú)裂紋、氣泡等缺陷，避免測(cè)試誤差。

2. 儀器校準(zhǔn)：使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（如銦、錫等已知Tg和膨脹系數(shù)的材料）對(duì)TMA儀器進(jìn)行溫度與位移校準(zhǔn)。

3. 測(cè)試參數(shù)設(shè)置：設(shè)定升溫程序（如從30℃升至300℃，升溫速率5℃/min），施加輕載（通常為0.01–0.1 N）以避免樣品變形，確保測(cè)試過(guò)程為自由膨脹狀態(tài)。

4. 數(shù)據(jù)采集與分析：TMA儀器實(shí)時(shí)記錄樣品在溫度變化下的長(zhǎng)度變化（ΔL），通過(guò)軟件計(jì)算熱膨脹系數(shù)（α = (ΔL/L?)/ΔT），并在膨脹曲線的拐點(diǎn)處識(shí)別玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）。通常采用一階導(dǎo)數(shù)法（DTMA）或切線法確定Tg點(diǎn)。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

目前，國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了TMA法檢測(cè)玻璃化溫度與Z軸熱膨脹的流程與要求，主要包括：

ISO 11357-5:2015《Plastics — Thermal analysis (TGA, DSC, TMA) — Part 5: Determination of the glass transition temperature》：規(guī)定了利用TMA法確定聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的通用方法與判定準(zhǔn)則。
ASTM E2700-19《Standard Test Method for Determination of Glass Transition Temperature by Thermomechanical Analysis》：提供了TMA法測(cè)定Tg的詳細(xì)操作流程，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)重復(fù)性與儀器校準(zhǔn)要求。
IPC-TM-650 2.4.21《Test Methods for Electronic Materials — Thermal Expansion, Z-axis》：專為電子材料設(shè)計(jì)，規(guī)定了PCB、柔性板等材料Z軸熱膨脹的測(cè)試條件與計(jì)算方法，是電子行業(yè)廣泛采納的標(biāo)準(zhǔn)。
GB/T 26397-2011《塑料熱機(jī)械分析法測(cè)定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度》：中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，等效采用ISO 11357-5，適用于通用塑料材料的Tg檢測(cè)。

遵循上述標(biāo)準(zhǔn)，可確保檢測(cè)結(jié)果的可比性與權(quán)威性，尤其在產(chǎn)品認(rèn)證、客戶審核與跨實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)比對(duì)中具有重要意義。