探討熱分析技術(shù)在高分子材料中的應(yīng)用研究

宋曉聰

天津恒宇醫(yī)療科技有限公司 天津 300300

按照是否有人工參與，高分子材料可以分為天然高分子材料和人工合成兩種類型，但它們都是一種以高分子化合物為基礎(chǔ)同時相對分子質(zhì)量較大的材料，天然高分子材料多為自然生命體。人工合成的高分子材料如橡膠、塑料等生產(chǎn)成本較低且具有較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，逐漸適應(yīng)了現(xiàn)代社會的發(fā)展，甚至可以說是人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡牟糠?。在所有高分子材料進(jìn)入市場之前，其耐熱性、抗壓性等都需要經(jīng)過檢測，熱分析技術(shù)就是用于評價物質(zhì)性能的新型技術(shù)，高分子材料只有審核合格后才能大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用[1]。

1 熱分析技術(shù)及其相關(guān)原理

熱分析技術(shù)這個概念誕生于上世紀(jì)七十年代，之后相關(guān)技術(shù)逐漸擴(kuò)散到各地。熱分析技術(shù)主要利用了外界溫度與物質(zhì)本身性質(zhì)之間的關(guān)系，是一種新型技術(shù)。其借助相關(guān)程序通過改變物質(zhì)表面或內(nèi)在溫度，促使物質(zhì)發(fā)生相應(yīng)的物理變化以及化學(xué)變化，從而達(dá)到有效利用的目標(biāo)。熱分析技術(shù)操作靈活，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度高，既可以對物質(zhì)的多種特性直接進(jìn)行分析檢測，同時能將對象的不同測量指標(biāo)細(xì)化，具備一定的技術(shù)優(yōu)勢。

用于衡量物質(zhì)特性的熱分析技術(shù)，通常情況下是將測試材料置于檢測設(shè)備的容器中，最終確定材料與溫度改變的關(guān)系。測量的指標(biāo)包括材料的電光學(xué)特性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及聲音方面的特點等。作為一種高效率的分析手段，近現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用最為頻繁的熱分析技術(shù)主要有三種，即差熱分析技術(shù)、熱機(jī)械分析技術(shù)以及熱重分析技術(shù)，都可以用于確定物質(zhì)的性質(zhì)，從而為材料后續(xù)的使用創(chuàng)造可能性。除此之外還有如差示掃描量熱法等。熱分析技術(shù)在高分子材料的研究中也有了大范圍應(yīng)用，像塑料制品就是高分子化合物的成品，是由熱分析技術(shù)分析目前物質(zhì)構(gòu)成和基本特性，借助相關(guān)儀器設(shè)備進(jìn)一步改變原本材料的組成、熔化溫度等，經(jīng)過重新改造而形成的新材料，能從各個層面滿足人們的生活需求。目前的熱分析技術(shù)或多或少存在不足，但在以后的生產(chǎn)生活中必定會逐漸完善，為人們的物質(zhì)生活和精神追求提供更有利條件[2]。

2 熱分析技術(shù)在高分子材料中的實際應(yīng)用

熱分析技術(shù)的應(yīng)用范圍廣泛，像食品分析、合金冶煉、藥品成分分析等。以藥品分析為例，藥品純度高低會影響病人的服用效果。如果是含有雜質(zhì)的藥物，會導(dǎo)致藥品的熔點發(fā)生改變，如果取適量樣品利用熱分析技術(shù)進(jìn)行檢測，會明顯看到分析結(jié)果中的熔化曲線出現(xiàn)偏差，這也為醫(yī)療工作者提供了便利。另外，熱分析技術(shù)可用于改善環(huán)境。如對冰的凝固點和融化條件進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)摻有雜質(zhì)的冰變成水相對容易，因而冬天路面上常會撒鹽以減少交通事故發(fā)生。下面將從差熱分析技術(shù)、熱機(jī)械分析技術(shù)和熱重分析技術(shù)三個方面展開介紹。

2.1 差熱分析技術(shù)的實際應(yīng)用

差熱分析技術(shù)用于物質(zhì)性能的具體檢測中，是在相關(guān)設(shè)備就位的前提下，對檢測材料與對照組同時采取持續(xù)升溫或者持續(xù)降低溫度的手段，讓其經(jīng)過高低溫差異，檢測它的耐高溫和抗凍性能，或者用于確定有效時間內(nèi)材料發(fā)生的具體變化等。例如對塑料進(jìn)行降解，分析對應(yīng)高分子材料隨溫度的變化特征，從而考慮是否可將其應(yīng)用于其他方面。在實際應(yīng)用過程中，差熱分析技術(shù)逐漸暴露了不足之處，比如材料經(jīng)過處理發(fā)生形狀改變等物理變化或化學(xué)變化時，通常自身會出現(xiàn)釋放熱量或者吸收周圍熱量的現(xiàn)象，但差熱分析技術(shù)不能確定較短時間內(nèi)材料放熱與吸熱的具體速度，只能給出大致的范圍區(qū)間，因而無法完成材料的定量分析，急需相關(guān)技術(shù)人員加強(qiáng)研究以利于后續(xù)的生產(chǎn)活動。

2.2 熱機(jī)械分析技術(shù)的實際應(yīng)用

熱機(jī)械分析技術(shù)是除差熱分析技術(shù)之外的另一種熱分析方式，它是指在一定的溫度環(huán)境下，讓機(jī)械外力作用于物質(zhì)材料，觀察它的形狀改變，準(zhǔn)確分析其可塑性能，世界各國均將其用于檢測塑料制品的性質(zhì)。熱機(jī)械分析技術(shù)通過對材料的分析過程，在已知材料結(jié)構(gòu)的前提下對其進(jìn)行改造與加工，擴(kuò)大材料的實際作用，優(yōu)化材料的延展性等，同時拓展它的適用范圍，對高分子材料的研究十分有利。比如陶瓷制品，通常都要經(jīng)過高溫處理，讓胚增大體積逐漸成型，之后進(jìn)行相應(yīng)處理進(jìn)入千家萬戶。利用熱機(jī)械分析技術(shù)，可以確定陶瓷制品原材料的特性，在不同溫度下檢測材料膨脹的程度，進(jìn)而總結(jié)出溫度與膨脹程度二者之間的規(guī)律，以避免實際生產(chǎn)中由于制陶技術(shù)不純熟而造成的資源浪費[3]。

2.3 熱重分析技術(shù)的實際應(yīng)用

除了以上介紹的兩種熱分析技術(shù)，熱重分析技術(shù)也是實際應(yīng)用中的必要技術(shù)。熱重分析在進(jìn)行之前，要先利用相關(guān)程序設(shè)置好測試溫度，讓溫度處在人工可控的范圍之內(nèi)，其后從材料的質(zhì)量、測試持續(xù)的時間以及可控的溫度三個維度出發(fā)，來確定材料的特點。在材料正式測試時，熱重分析技術(shù)首先會對高分子材料的組成成分進(jìn)行研究，結(jié)合計算機(jī)技術(shù)導(dǎo)出的材料熱重曲線，可以檢測具體成分以及各種成分間的比例，精確性較高。若經(jīng)過相應(yīng)的溫度環(huán)境，材料出現(xiàn)熔化等，使得高分子材料的某些組分揮發(fā)，比如塑料。所有揮發(fā)性物質(zhì)經(jīng)由熱重分析技術(shù)也能夠準(zhǔn)確檢測。另外，眾所周知高分子化合物在一定溫度下可以逐漸分解為小分子物質(zhì)，類似的測試也可以通過熱重法進(jìn)行，按照計算機(jī)技術(shù)顯示的各類圖表，工作人員可進(jìn)行對比分析，包括材料測試中的起始溫度和中止溫度等，從而定量分析材料的熱穩(wěn)定性，也便于總結(jié)相關(guān)規(guī)律[4]。

3 結(jié)語

人們的生產(chǎn)生活離不開高分子材料，為了使熱分析技術(shù)能完美應(yīng)用于材料性能檢測之中，技術(shù)人員務(wù)必要加強(qiáng)技術(shù)的研究，完善各類檢測技術(shù)的缺陷，促使熱分析技術(shù)在以后的發(fā)展中可以得到更為廣泛的應(yīng)用。