DSC, TMA, DMA에서 유리전이 온도(Tg)를 측정할 시기

유리 전이 온도(Tg)는 폴리머, 전자, 첨단 재료와 같은 응용 분야에서 재료의 무결성, 제조 조건 및 작동 지침을 정의하는 데 있어 기본 재료 특성입니다. 유리 전이는 세 가지 열분석 기법으로 측정할 수 있습니다: DSC, TMA, DMA는 각각 특정 재료와 용도에 적합하다. 이 블로그에서는 이러한 기법들이 어떻게 Tg를 측정하는지, 그리고 언제 선택해야 하는지 설명하겠습니다.

유리 전이는 비정질 물질이 가열 시 유리상에서 고무상으로 변하거나, 냉각 시 그 반대로 변하는 온도 영역을 말합니다. 유리 전이는 실제로 다양한 온도 범위에서 일어나지만, 보통 Tg라고 불리는 단일 온도로 보고됩니다.

유리 전이 온도를 이해하는 것은 다음과 같은 중요한 질문에 답하는 데 도움이 됩니다:

• 인쇄회로기판(PCB)이 박리 위험이 있는 온도는 어느 정도인가요?
• 사출 성형이나 고분자 혼합을 하면서 분해되지 않는 이상적인 온도는 얼마인가요?
• 재료가 사용 중에 휘거나 금이 가나요?

유리 전이는 DSC, TMA, DMA로 측정할 수 있습니다. 각 열 기술은 유리 전이 과정에서 서로 다른 재료 특성의 변화를 바탕으로 Tg를 감지합니다. 신뢰할 수 있는 데이터를 얻고 재료 간 정량적 비교를 하는 데 올바른 방법을 선택하는 것이 필수적입니다.

차동 주사 열측정(DSC)은 유리 전이를 측정하는 데 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다. DSC는 비활성 기준에 대해 시료와의 열 흐름을 측정하여 유리 전이를 정의하는 데 사용되는 열용량 변화를 밝힙니다. 이러한 열용량 변화는 유리 전이 시작, 중간점, 전이의 끝 세 가지 온도 값을 산출합니다.

실험 설계는 DSC 결과에 매우 중요합니다. 더 높은 가열 속도는 더 높은 감도를 제공할 수 있지만, 기기 효과, 시료 열전도도, 전이 속도로 인해 Tg가 이동합니다. 그래도, 현대 DSC 계측 장비 우수한 기본 성능을 제공하며, 높은 가열 속도와 결합하면 비정질, 반결정, 가소성 재료, 열경화성 수지에 대해 신뢰할 수 있는 Tg 측정을 제공합니다. DSC는 용융, 결정화, 경화 반응을 동시에 측정할 수 있어 다른 방법이 부족한 추가 열 데이터를 제공합니다.

변조 DSC(MDSC)는 진동하는 열 흐름을 적용하여 역전 및 비반전 전이에 대한 추가 정보를 제공합니다. 기존 DSC에서는 부피 이완 내온체가 Tg를 왜곡할 수 있지만, MDSC는 부피 이완 내온을 Tg에서의 역전열용량 변화와 분리하여 보다 신뢰할 수 있는 측정을 합니다. MDSC는 또한 냉결정화 및 경화와 같은 비역전 전이를 분리하고, 가열 속도에 따른 전이를 감지하는 민감도를 제공합니다. MDSC는 특히 반결정성 고분자, 다층 필름 또는 부분 경화 열경화성체에 매우 유용합니다.

열기계적 분석(TMA) 시료가 가열될 때 발생하는 치수 변화를 기반으로 유리 전이를 측정합니다. Tg는 열팽창 변화나 유리 전이를 통해 재료가 부드러워지면서 탐침 침투량이 증가하여 측정할 수 있습니다. 팽창 모드는 강성 열가소성 플라스틱 및 명확한 팽창 전이가 있는 재료에 이상적이며, 침투 모드는 Tg 이상으로 유연해지는 부드러운 재료(예: 부드러운 폴리머, 코팅, 접착제, 일부 엘라스토머 등)에 적합합니다.

TMA는 충전형, 고결성 또는 가교결합 재료에 대해 DSC보다 더 우수한데, 이는 Tg에서 관찰되는 치수 변화가 보통 유의미하기 때문입니다. 그러나 TMA의 Tg 프로파일은 종종 광범위하며, 프로브 하중 조건에 의해 영향을 받을 수 있고, 부피 완화 효과로 인해 복잡해질 수 있습니다.

동적 기계 해석(DMA) 진동하는 기계적 응력 또는 변형을 가하여 기계적 강성과 에너지 흡수의 변화를 측정합니다. 유리 전이를 통한 분자 운동이 증가함에 따라 저장 계수(E’)가 급격히 감소하여 DMA는 Tg 결정에 가장 민감한 기법 중 하나입니다. 이 감도는 매우 낮은 비정질 함량의 고채워짐, 결정질 또는 가교결합 물질에서 Tg를 검출하는 데 이상적입니다.

유리 전이의 범위를 정의하는 데 세 가지 DMA 이벤트를 사용할 수 있습니다. 저장 모듈러스 시작(E’)은 유리 전이의 시작을 나타내며, 손실 모듈러스 피크(E”)는 유리 전환의 중간점이며, 황갈색 델타 피크는 전이의 상한선을 나타냅니다.

DSC, TMA, DMA는 각각 서로 다른 재료에서 Tg를 결정하는 데 장단점이 있습니다. 아래 표는 저희 연구를 바탕으로 다양한 재료에서 Tg 평가를 위한 다양한 열 기법의 상대적 유용성을 요약한 것입니다:

자세한 정보와 분석은 전체 신청서 안내문을 읽어보시기 바랍니다 유리 전이에 대한 열분석 기법의 민감도 탐구. 특정 용도에 적합한 열 기기에 대한 더 자세한 설명은 무료 자료에서 확인할 수 있습니다 열분석 선택 가이드.