热分析技术在橡胶工业中的应用

橡胶是一种目前在各行业广泛使用的材料，如橡胶垫、轮胎、医疗用品等。然而，对于橡胶材料来说随着时间的累积，橡胶材料会出现老化从而失去其原有的弹性和性能。因此，研究橡胶成分以及老化等方面对于改进橡胶材料的性能和延长其使用寿命至关重要。

那么如何研究橡胶的成分及产品寿命预测也成为了橡胶用户所需。其中用于研究橡胶的热分析法非常高效便捷。常用的热分析仪器有DSC（差式扫描量热仪）、TGA（热重分析仪）、TMA（热机械分析仪）、DMA（动态力学分析仪）。

今天我们来看看研究橡胶应用比较普遍的热重分析技术。

热重分析技术（TGA）

这种方法会使用到热重分析仪TGA，（Thermogravimetric Analysis），热重分析仪是一种利用物质在温度、气压等条件下质量和热性质的变化来研究样品性质的实验仪器。这些变化可以给出材料热稳定性以及组分的丰富信息，通常在曲线上表示为毫克的变化或者更多地表现为起始重量变化的百分比。

TA 热重分析仪

TGA曲线可用于区分橡胶的种类，在图1、图2中分别是EPDM和CSM两种橡胶的热重分析曲线。EPDM只有一个失重过程，而且残余物很少；CSM有多步失重过程。

图1 EPDM热重实验 单步分解

图2 CSM的热重实验 多部分解

另外，现在高分辨（Hi-Res）热重分析技术，一方面可以提高TGA的灵敏度和分辨率，另一方面也缩短了整个实验的周期。图3中，可以看出高分辨技术的动态模式和智能等温模式可以更加明显的看到两个分解阶段，同时分解的重量变化也更容易计算。

图3 高分辨TGA技术与传统TGA技术

热重分析技术也可以作为评估产品不同批号质量稳定性的有效工具。图4显示了不同增塑剂含量对TGA曲线的影响。由于增塑剂的失重和高分子的失重重叠在一起，很难用于快速检测手段，还可以借助其他方法加以深入研究。

图4 增塑剂对样品热重性能影响

以上实验数据来自于TA实验室。

具体来说，热重分析仪通过在恒定的加热速率、惰性气氛或氧气氛下加热样品，测定样品在温度变化过程中的质量变化，从而分析样品的组成、结构、热稳定性等性质。可用于橡胶产品寿命预测、成分分析等。