何時使用DSC、TMA或DMA測量玻璃化轉變溫度(Tg)。

玻璃化轉變溫度 (Tg) 是定義材料完整性、製造條件和操作指南的基本材料特性，適用於聚合物、電子產品和先進材料等應用領域。玻璃化轉變可以透過三種熱分析技術來測量：DSC、TMA 和 DMA 各有其適用的材料和應用。這篇部落格將解釋這些技術如何測量Tg，以及何時應該選擇哪種技術。

玻璃化轉變是指非晶態材料在加熱時從玻璃態轉變為橡膠態，或在冷卻時從橡膠態轉變為非晶態的溫度區域。玻璃化轉變實際上發生在一定的溫度範圍內，但通常被報導為單一的溫度，稱為 Tg。

了解玻璃化轉變溫度有助於解答一些重要問題，例如：

• 印刷電路板（PCB）在什麼溫度下有分層風險？
• 注塑成型或聚合物共混而不發生降解的理想溫度是多少？
• 材料在使用過程中會變形或開裂嗎？

玻璃化轉變可以透過DSC、TMA和DMA來測量。這些熱技術都是基於玻璃化轉變過程中不同材料特性的變化來檢測 Tg。選擇正確的方法對於獲得可靠的數據和對材料進行定量比較至關重要。

差示掃描量熱法（DSC）是測量玻璃化轉變最常用的方法。DSC 測量樣品相對於惰性參考物的熱量流入和流出，揭示熱容變化，用於定義玻璃化轉變。這些熱容變化產生了三個溫度值：玻璃化轉變的起始溫度、轉變的中點溫度和轉變的結束溫度。

實驗設計對DSC結果至關重要。更高的加熱速率可以提供更高的靈敏度，但由於儀器效應、樣品熱導率和轉變動力學，會使 Tg 偏移。儘管如此，現代 DSC 儀器仍具有優異的基準性能，並且當與高加熱速率相結合時，可為非晶態、半結晶態和增塑材料以及熱固性樹脂提供可靠的 Tg 測量。DSC 可以同時測量熔融、結晶和固化反應，提供其他方法所缺乏的額外熱數據。

調製差示掃描量熱法 (MDSC) 透過施加振盪熱流，提供更多有關可逆和非可逆轉變的資訊。雖然體積弛豫吸熱峰可能會扭曲傳統 DSC 的 Tg，但 MDSC 將體積弛豫吸熱峰與 Tg 處的熱容變化反向變化分離，以獲得更可靠的測量結果。MDSC 還可以區分不可逆轉變（如冷結晶和固化），並提供檢測與加熱速率相關的轉變的靈敏度。MDSC 對半結晶聚合物、多層薄膜或部分固化的熱固性材料尤其有價值。

熱機械分析 (TMA)是根據樣品受熱時的尺寸變化來測量玻璃化轉變的。Tg 可以透過熱膨脹的變化來測量，也可以透過探針穿透深度的增加來測量，因為材料在玻璃化轉變過程中會軟化。膨脹模式適用於剛性熱塑性塑膠和具有明確膨脹過渡的材料，而滲透模式更適用於在 Tg 以上明顯軟化的材料，例如較軟的聚合物、塗料、黏合劑和一些彈性體。

對於填充、高度結晶或交聯的材料，TMA 比 DSC 更合適，因為在 Tg 處觀察到的尺寸變化通常很顯著。然而，TMA 測得的 Tg 曲線通常較寬，可能受到探針負載條件的影響，並且可能受到體積弛豫效應的影響。

動態力學分析 (DMA)透過施加振盪的機械應力或應變來測量機械剛度和能量吸收的變化。隨著分子運動在玻璃化轉變過程中增加，儲能模量（E’）急劇下降，使得DMA成為測定Tg最靈敏的技術之一。這種靈敏度非常適合檢測高填充、結晶或交聯材料中非晶態含量極低的Tg。

可以使用三個 DMA 事件來定義玻璃化轉變的範圍。儲能模量起始點 (E’) 標誌著玻璃化轉變的開始，損耗模量峰值 (E”) 是玻璃化轉變的中點，損耗角正切峰值代表轉變的上限。

DSC、TMA 和 DMA 在測定不同材料的 Tg 時各有其優點和缺點。下表總結了根據我們的研究，不同熱分析技術在評估不同材料的玻璃化轉變溫度（Tg）方面的相對效用：

如需更多資訊和分析，請閱讀完整的應用說明《探索熱分析技術對玻璃化轉變的敏感性》 。我們的免費熱分析選型指南中提供了更詳細的分析，介紹了哪些熱分析儀器適合特定的應用。