用TG法研究膜结构中空玻璃用聚合物膜的热稳定性
发布时间:2019年9月23日 点击数:2903
膜结构中空玻璃是在借鉴了三玻中空玻璃
在整个膜结构体系中, 膜作为整个结构的一部分, 除了要保证一定的力学性能和光学性能, 其热稳定性也十分关键。中空玻璃作为建筑门窗的重要组成部分, 处于自然环境中会经受冷热的循环过程, 聚合物膜属于高分子材料, 对低温适应性较强, 对于高温适应性则会因为材料组成和内部结构不同而有所差异
对聚合物膜的热稳定研究方法, 目前采用最为广泛的方法为热重分析 (TG) 法。TG是检测物质的质量随温度变化的方法
通过聚合物受热失重 (TG) 的研究, 检测聚合物质量变化随温度不断变化的过程, 得到相应的热失重曲线, 通过热失重曲线, 以分析聚合物的热稳定性。聚合物热稳定性的优劣可以通过比较聚合物热重曲线的分解温度和失重过程的斜率来实现, 同时, 可以通过半寿命温度来比较说明聚合物膜使用寿命长短。由于聚合物均不耐高温, 本研究将最高研究温度设定为600℃。
1 试验部分
本研究依据GB/T 27761—2011《热重分析仪失重和剩余量的试验方法》中的方法对样品进行检测。从试样上取5.0±0.2 mg的样品, 用万分之一电子天平准确称重后, 装入同步热分析仪的样品测试舱内;同步热分析仪以每分钟20 K的升温速率, 从室温升温至600℃, 测试结束。由此得到热失重曲线, 试样残重计算公式如式 (1) :
式中:Wr——试样残重, %
M1——经过同步热分析仪测试后试样的质量, g;
M0——试样初始质量, g。
2 结果与讨论
相关数据所示, 表征了聚合物膜的受热失重情况, 以基线反向延长线与失重50%切线反向延长线交点对应温度, 称为初始分解温度Ts。其中PP膜在413℃最先开始分解, 即起始分解温度最低, 其次为PE膜, 初始分解为421℃, PET膜、PC膜起始分解温度相近并高于PP膜起始分解温度, 分别为469℃和461℃;在分解速率方面, PP膜的在分解失重段的斜率最大, 分解最快, 分解过程斜率为-2.7%/K, 其次为PE膜分解过程斜率-2.3%/K, 而后是PET膜, 过程斜率-1.3%/K, PC膜分解速率最慢, 分解过程斜率-1.1%/K;通过研究热重曲线, 还可以发现PP膜、PE膜在500℃左右就已经完全分解, PC膜在600℃时仍有25%的残重, PET膜有15%左右的残重。以初始分解温度、分解速率和受热残重来判断, PC膜与PET膜具有较好的热稳定性, PP膜、PE膜的热稳定性较差。
研究聚合物膜的热稳定性后, 对聚合物的寿命进行比较研究, 以聚合物失重量50%时的温度称为半寿命温度T50%。以此温度值来比较研究聚合物使用寿命的长短。
通过表1可知, 将研究得到的玻璃化转变温度与半寿命温度同时进行比较研究, 聚合物的半寿命温度与两者的玻璃化转变温度有一定的相关性。PC膜、PET膜具有较高的玻璃化转变温度, 其半寿命温度相对较高, 并且玻璃化转变温度越高, 半寿命温度越高;对于PC膜和PET膜, 两者玻璃化转变温度较低, 其半寿命温度相对较低, 但两者玻璃化转变温度与半寿命温度并不成正比关系, 主要原因与本次研究选用的PE膜的结晶度高有关。
玻璃化转变温度由材料本身的组成和内部结构所决定, 玻璃化转变温度越高, 就需要有越高的能量使其分子链发生位移, 宏观表现为耐热性能越好, 同时根据高分子时温等效原理, 即高分子的同一松弛现象可以在较高的温度、较短的时间 (或较高的作用频率) 观察到, 也可以在较低的温度下、较长时间内观察到。因此, 升高温度与延长观察时间对分子运动是等效的, 对高聚物的粘弹行为也是等效的。不考虑紫外及外力破坏因素, 聚合物膜的半寿命温度越高, 在常温的使用寿命也就越长。依据以上原理, 在表1中PC膜、PET膜具有较高的温度, 其在常温的使用寿命越长;反之, PE膜和PP膜在常温的使用寿命相对较短。从使用寿命角度考虑, PC膜、PET膜优于PE膜和PP膜。
3 结语
(1) PP膜在四种聚合物膜中分解温度最低、分解速率最快、热稳定性相对较差, 同时预测使用寿命最短。
(2) PE膜与PP膜具有相似的热稳定性, PE膜的热稳定性和使用寿命略好于PP膜。
(3) PC膜与PET膜具有相对较好的热稳定性和较长使用寿命, 其中PC膜热稳定性略高于PET膜。
(4) 从热稳定性和使用寿命角度出发, PC膜与PET膜均可用于膜结构中空玻璃系统。
