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TA FAQs【11】| 如何用TMA讀取玻璃化溫度?

時間:2025-10-11 閱讀:254
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用TMA測量玻璃化時,玻璃化溫度應(yīng)如何讀?。?/span>

TMA是一種能夠定量檢測物質(zhì)膨脹與收縮行為的測量方法,可用于測量熱膨脹系數(shù)(Coefficient of Thermal Expansion;CTE),軟化溫度和玻璃化溫度等。關(guān)于TMA測量分析玻璃化的方法,ISO,ASTM和JIS等已制定了各種試驗標準。在適用的情況下,建議遵循相對應(yīng)的標準規(guī)范進行分析。

一般而言,高分子材料在玻璃化溫度附近膨脹率(體積)會發(fā)生變化。以玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)域為界,相較于轉(zhuǎn)變前的玻璃態(tài)區(qū)域的膨脹率,轉(zhuǎn)變后的高彈態(tài)區(qū)域的膨脹率會變大。TMA利用這一性質(zhì),可以測量高分子的玻璃化溫度。作為參考,圖1展示了各種試驗標準1-6)中采用的方法。在所有試驗標準中,將玻璃化溫度以下直線部分向高溫側(cè)延長的切線,與玻璃化溫度以上直線部分向低溫側(cè)延長的切線相交的點,定義為玻璃化溫度Tg。

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圖1 玻璃化溫度的讀取方法1-6)


玻璃化是一種松弛現(xiàn)象,并非在特定溫度下瞬間發(fā)生的現(xiàn)象。在玻璃化發(fā)生前的狀態(tài)(玻璃態(tài))和玻璃化結(jié)束后的狀態(tài)(高彈態(tài))之間,必然存在一定的溫度范圍(轉(zhuǎn)變區(qū)域)。一般情況下Tg以一個溫度進行表示,但這只不過是通過讀取的定義得出轉(zhuǎn)變區(qū)域內(nèi)發(fā)生玻璃化現(xiàn)象的Tg,作為代表溫度進行標識而已。圖2顯示了TMA測量的玻璃化結(jié)果中實際的玻璃化起始溫度Tig和終止溫度Teg。玻璃化的實際起始溫度和終止溫度是TMA曲線在轉(zhuǎn)變區(qū)域內(nèi)開始偏離切線的點的溫度。

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2 玻璃化實際的開始溫度Tig和終止溫度Teg

在使用TMA進行玻璃化測量時,可能會觀察到熱歷史或殘余應(yīng)變的影響。以印刷電路板(玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂)的測量結(jié)果為例,如圖3所示。這是在第一次升溫后,對同一試樣進行第二次升溫的結(jié)果。在第一次升溫的結(jié)果中,玻璃化發(fā)生在130~150℃附近,轉(zhuǎn)變前后膨脹率發(fā)生變化,但在轉(zhuǎn)變區(qū)域觀察到收縮行為。這種收縮是由于材料成型時殘留的應(yīng)變引起的,殘留應(yīng)變的分子鏈在轉(zhuǎn)變區(qū)域試圖變?yōu)楦€(wěn)定的形態(tài)時發(fā)生了收縮。由于第一次升溫時將溫度升至Tg以上,殘余應(yīng)變得以釋放(消除),因此第二次升溫時未觀察到收縮現(xiàn)象,而是以玻璃化為界限,膨脹率呈現(xiàn)不連續(xù)的變化。如這個示例一樣,若在升溫過程中觀察到殘余應(yīng)變的影響,可以第一次升溫時將溫度升至Tg以上消除殘余應(yīng)變,隨后進行第二次升溫。因此,使用第二次升溫的測量結(jié)果讀取Tg的方法被廣泛使用。


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圖3 印刷電路板的TMA測量結(jié)果


參考文獻
1) ISO 11359-2, Plastics - Thermomechanical Analysis (TMA) Part 2: Determination of Coefficient of Linear Thermal Expansion and Glass Transition Temperature, International Organization for Standardization(2021)
2) ASTM E1545-22, Standard Test Method for Assignment of the Glass Transition Temperature by Thermomechanical Analysis, ASTM International(2022)
3) ASTM E1824-24, Standard Test Method for Assignment of a Glass Transition Temperature Using Thermomechanical Analysis: Tension Method, ASTM International(2024)
4) JIS C 6481, Test methods of copper-clad laminates for printed wiring boards, Japanese Standards Association(1996)
5) IPC-TM-650 2.4.24.3, Glass Transition Temperature of Organic Films - TMA Method, Association Connecting Electronics Industries(1995)IPC-TM-650 2.4.24.5, Glass Transition Temperature and Thermal Expansion of Materials Used In High Density Interconnection (HDI) and Microvias -TMA Method, Association Connecting Electronics Industries(1998)

 

 

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