高分子材料熱性能是材料性能的重要參數(shù)，決定材料的用途，還能夠用于工業(yè)質量控制及產品研發(fā)。 玻璃化轉變溫度決定了材料的工藝性能和使用性能，它是聚合物材料的一個重要特性參數(shù)，是聚合物材料高分子鏈運動形式轉變的宏觀表現(xiàn)，因此，檢測高分子材料的玻璃化轉變溫度十分必要。

首先，我們需要了解玻璃化轉變溫度的相關概念，有利于我們更好的理解后面所講的在實際應用中去調節(jié)高分子材料的玻璃化轉變溫度。

1. 玻璃化轉變溫度

高分子材料的玻璃化轉變溫度（通常稱為Tg），定義為高分子材料從硬脆的玻璃態(tài)轉變?yōu)槿彳浀模愃葡鹉z的高彈態(tài)時的溫度。一般而言，玻璃化轉變溫度是熱塑性塑料的使用上限溫度，是橡膠或者彈性體的使用下限溫度。

2. 玻璃化轉變溫度曲線

對于非晶聚物，對它施加恒定的力，觀察它發(fā)生的形變與溫度的關系，通常特稱為溫度形變曲線或熱機械曲線。（如下圖所示）

·在溫度較低時，材料為剛性固體狀，與玻璃相似，在外力作用下只會發(fā)生非常小的形變，此狀態(tài)即為玻璃態(tài)；

·當溫度繼續(xù)升高到一定范圍后，材料的形變明顯地增加，并在隨后的一定溫度區(qū)間形變相對穩(wěn)定，此狀態(tài)即為高彈態(tài)；

·溫度繼續(xù)升高形變量又逐漸增大，材料逐漸變成粘性的流體，此時形變不能恢復，此狀態(tài)即為粘流態(tài)。

我們通常把玻璃態(tài)與高彈態(tài)之間的轉變，稱為玻璃化轉變，它所對應的轉變溫度即是玻璃化轉變溫度，或是玻璃化溫度。

無定型的非晶聚合物通常只有一個玻璃化轉變溫度；而對于結晶聚合物而言，通常會存在一個熔點（Tm）和一個典型的玻璃化轉變溫度，因為對于結晶型聚合物而言，通常不會達到百分百結晶，其中仍含有無定形部分。

在高分子改性和應用中，經(jīng)常需要控制或改變材料的玻璃化轉變溫度，使其能夠滿足使用性能的要求。那么，在實際應用中該如何調節(jié)高分子材料的玻璃化轉變溫度呢？

高分子材料的玻璃化轉變溫度（Tg）的影響因素除自身的分子結構和分子運動外主要有：

①共聚   ②交聯(lián)   ③分子量   ④增塑劑和稀釋劑

通過對玻璃化轉變現(xiàn)象以及玻璃化轉變溫度影響因素的學習和了解，可以選擇適當?shù)姆椒▉碛行У乜刂聘叻肿拥牟ＡЩD變溫度：

（1）增塑

在高分子中加入增塑劑的主要目的是為了降低高分子的Tg溫度和加工溫度，因為加入增塑劑后可以使分子鏈之間的相互作用力減弱。

（2）共聚

小分子增塑劑只能降低高分子的Tg，而采用共聚的方法則既可以降低也可以升高高分子的Tg。這取決于所選擇的共聚單體種類和用量：

當需改善高分子的加工性能和柔韌性時，應降低高分子的Tg，選擇具有較低t的組分與其進行無規(guī)共聚，并且通過調節(jié)共聚組分的配比來控制Tg的下降幅度。

當需增加高分子的剛性、機械強度和耐熱性時，需提高高分子的Tg，選擇具有較高Tg的組分與其進行共聚。

其他一些調節(jié)高分子玻璃化轉變溫度的方法包括交聯(lián)、共混、改變分子量等。

而在實際應用中調節(jié)高分子材料的玻璃化轉變溫度實例如下：

1. 以丙烯酸樹脂材料為例，Tg越高，涂膜越硬，抗劃傷性能越強，但是涂膜不能脆；同時，制漆后，涂膜表干越好，溶劑釋放越快。與此同時，Tg越高，樹脂反應最終黏度越大，制漆后，耐溶劑、耐腐蝕性能越好。

2. 假設經(jīng)檢測得聚氯乙烯材料的玻璃化溫度是80℃，超過此溫度材料會明顯軟化，但是我們在生產過程中要注意，這個值不是其制品工作溫度的上限。

3. 在生產制造中，橡膠的工作溫度必須在玻璃化溫度以上，否則就失去高彈性。

4. 在橡膠或涂料產品要特別注意Tg值的大小，不能過低，Tg過低產品就越軟，其耐磨性就會較差。

學習了解了以上關于高分子材料玻璃化轉變溫度的知識，我們直觀感受到了玻璃化轉變溫度之于產品的重要性。最后，我們通過美信檢測實驗室典型的試驗案例來學習如何檢測出高分子材料的玻璃化轉變溫度：

對于聚合物材料的玻璃化轉變溫度的測量通常有三種方法：①差示掃描量熱法（DSC）②熱機械分析法（TMA）③動態(tài)熱機械分析法（DMA）；三種測試方法均可在美信檢測實驗室進行，下面主要以差示掃描量熱法為例進行案例分享。

高分子材料玻璃化轉變溫度案例詳解

客戶送檢樣品為某PU FOAM（俗稱發(fā)泡劑、發(fā)泡膠等）材料，根據(jù)相關標準要求檢測出該樣品的玻璃化轉變溫度。

檢測環(huán)境：環(huán)境溫度  23.1℃；  濕度   52％R.H

檢測標準：ASTM D7426-2008 用差示掃描量熱法（DSC）測定聚合物或彈性復合材料的玻璃化轉變溫度（Tg）的標準試驗方法

檢測條件：在N2環(huán)境中，以20℃/min的速率從-100℃升溫到0℃。

得到測試的曲線：

檢測結果：

根據(jù)聚合物在Tg前后比熱會發(fā)生較大變化，使用DSC可檢測到這種熱效應，在等速升溫時表現(xiàn)在曲線上是一個吸熱方向的臺階。臺階前后兩條外推基線分別與曲線拐點處切線的兩個交點的溫度平均值即為Tg.

本文主要介紹高分子材料的玻璃化轉變溫度的相關概念知識，供大家交流與探討，同時美信檢測也希望通過我們專業(yè)的檢測技術手段，幫助企業(yè)更科學的在實際應用中去調節(jié)產品相應的玻璃化轉變溫度，使產品性能更符合生產和使用的需要，幫助企業(yè)提升產品質量。