熱重分析（TG）作為一種動(dòng)態(tài)熱分析技術(shù),，通過(guò)在程序控溫條件下測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量隨溫度的變化,，為高分子材料的熱穩(wěn)定性,、組成分析及反應(yīng)機(jī)理研究提供了直接的實(shí)驗(yàn)依據(jù),。其核心原理是利用高精度熱天平記錄試樣在升溫、降溫或恒溫過(guò)程中的質(zhì)量損失（或增加）,，結(jié)合微熵?zé)嶂厍€(xiàn)（DTG）對(duì)質(zhì)量變化速率的表征,，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料熱行為的定量與定性分析。在高分子材料領(lǐng)域,，TG 技術(shù)憑借操作簡(jiǎn)便,、樣品用量少、信息豐富等優(yōu)勢(shì),，已成為材料研發(fā),、性能評(píng)估及失效分析的重要手段。

Thermal Stability Evaluation and Life Prediction

高分子材料的熱穩(wěn)定性是決定其使用范圍的關(guān)鍵指標(biāo),，而 TG 分析是評(píng)估熱穩(wěn)定性最直接的方法,。通過(guò) TG 曲線(xiàn)可獲取材料的起始分解溫度（T_i）、最大分解速率溫度（T_max）,、終止分解溫度（T_f）及殘余質(zhì)量等特征參數(shù),，這些參數(shù)直接反映材料在高溫環(huán)境下的耐受能力,。

對(duì)于單一聚合物,，如聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），其 TG 曲線(xiàn)均呈現(xiàn)單一失重臺(tái)階：PE 的（T_i）約為 350℃,，（T_max）約為 470℃,；PP 的（T_i）約為 380℃，（T_max）約為 490℃,，表明 PP 的熱穩(wěn)定性略?xún)?yōu)于 PE,。這一差異源于 PP 分子鏈中甲基的空間位阻效應(yīng)，延緩了鏈斷裂速率,。對(duì)于共聚物或改性聚合物,，TG 曲線(xiàn)可直觀反映結(jié)構(gòu)對(duì)穩(wěn)定性的影響，例如阻燃改性的 ABS 樹(shù)脂,，其（T_i）比未改性樣品提高 50~80℃,，且殘余質(zhì)量增加，表明阻燃劑有效抑制了高溫分解,。

在壽命預(yù)測(cè)中,，TG 結(jié)合不同升溫速率下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可通過(guò)動(dòng)力學(xué)模型（如 Ozawa 法,、Kissinger 法）計(jì)算分解活化能（E_a）,。活化能越高,，材料熱穩(wěn)定性越好,，壽命越長(zhǎng),。例如，聚四氟乙烯（PTFE）的分解活化能約為 330 kJ/mol,，遠(yuǎn)高于聚乙烯的 250 kJ/mol,，因此 PTFE 可在 260℃下長(zhǎng)期使用，而 PE 的長(zhǎng)期使用溫度需低于 100℃,。

高分子共混物,、復(fù)合材料及多組分體系的組成分析是 TG 技術(shù)的另一重要應(yīng)用。由于不同組分的熱分解溫度存在差異,，TG 曲線(xiàn)會(huì)呈現(xiàn)多個(gè)失重臺(tái)階,，每個(gè)臺(tái)階的失重率對(duì)應(yīng)該組分的含量。

以 PP/PE 共混物為例,，其 TG 曲線(xiàn)在 350~450℃區(qū)間出現(xiàn)兩個(gè)明顯的失重臺(tái)階：低溫段（350~400℃）對(duì)應(yīng) PE 的分解,，高溫段（400~450℃）對(duì)應(yīng) PP 的分解。通過(guò)計(jì)算兩個(gè)臺(tái)階的失重率,，可精確得到共混物中 PE 與 PP 的質(zhì)量比,。對(duì)于填充型復(fù)合材料，如玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯（GF/PP）,，TG 曲線(xiàn)在 600℃以上的殘余質(zhì)量即為玻璃纖維的含量,，這一方法比傳統(tǒng)灼燒法更快捷且誤差更小（相對(duì)誤差 < 2%）,。

在高分子基納米復(fù)合材料中,，TG 可用于評(píng)估納米填料與基體的界面作用。例如,，蒙脫土（MMT）改性的 PA6 復(fù)合材料,，其（T_max）比純 PA6 提高 20℃，且最大分解速率降低,，表明 MMT 的層狀結(jié)構(gòu)阻礙了小分子揮發(fā)物的擴(kuò)散,，延緩了基體降解。這種界面作用的強(qiáng)弱可通過(guò)分解溫度的偏移量定量表征,。

在熱固性樹(shù)脂（如環(huán)氧樹(shù)脂）的固化研究中，TG 可監(jiān)測(cè)固化過(guò)程中低分子揮發(fā)物（如水分、未反應(yīng)單體）的釋放,，確定固化溫度與時(shí)間,。例如，環(huán)氧樹(shù)脂在 120~180℃區(qū)間的失重（約 2%~3%）對(duì)應(yīng)固化劑與樹(shù)脂反應(yīng)生成的小分子,，若失重率過(guò)高,，表明固化不完一全，需延長(zhǎng)保溫時(shí)間,。

對(duì)于高分子材料的熱氧化降解,，TG 在空氣氣氛下的測(cè)試可模擬材料在使用環(huán)境中的老化行為。以天然橡膠為例,，其在空氣氣氛中的 TG 曲線(xiàn)呈現(xiàn)兩個(gè)失重階段：第一階段（200~300℃）為側(cè)鏈氧化斷裂,，第二階段（300~450℃）為主鏈降解，而在氮?dú)鈿夥障聝H出現(xiàn)單一降解峰,，表明氧化加速了橡膠的分解,。這一結(jié)果為抗氧劑的選擇提供了依據(jù) —— 添加胺類(lèi)抗氧劑可使第一階段失重溫度提高 50℃以上。

在加工工藝優(yōu)化中,，TG 可指導(dǎo)確定最佳加工溫度,。例如，聚碳酸酯（PC）的加工溫度需控制在 280~300℃,，若超過(guò) 320℃,，TG 曲線(xiàn)顯示明顯失重（>1%），表明發(fā)生熱降解,，導(dǎo)致制品力學(xué)性能下降,。通過(guò) TG 分析,，可避免因加工溫度過(guò)高導(dǎo)致的材料劣化,。

Special Applications and Combined Technologies

TG 與其他表征技術(shù)的聯(lián)用（如 TG-DSC、TG-FTIR,、TG-MS）進(jìn)一步拓展了其應(yīng)用范圍,。TG-DSC 同步監(jiān)測(cè)質(zhì)量變化與熱效應(yīng)，可區(qū)分物理失重（如脫水）與化學(xué)分解（如交聯(lián)）,；TG-FTIR 通過(guò)分析揮發(fā)物的紅外光譜,，確定分解產(chǎn)物的化學(xué)組成，例如聚乙烯降解產(chǎn)生的烷烴,、烯烴可通過(guò)特征峰（C-H 伸縮振動(dòng) 2900 cm?1）識(shí)別,；TG-MS 則能精確測(cè)定揮發(fā)物的分子量，為降解機(jī)理提供分子級(jí)證據(jù),。

在阻燃材料研究中,，TG 與錐形量熱儀聯(lián)用可評(píng)估材料的阻燃效率。例如，含磷阻燃劑的 PP 復(fù)合材料,，TG 顯示其在 300℃左右形成穩(wěn)定炭層（殘余質(zhì)量增加 15%）,，錐形量熱測(cè)試表明其熱釋放速率降低 40%，兩者結(jié)合證實(shí)炭層的隔熱隔氧作用是阻燃的主要機(jī)制,。

此外,，TG 可用于高分子材料的回收利用評(píng)估。通過(guò)分析廢棄塑料的 TG 曲線(xiàn),，可確定其熱解溫度區(qū)間及產(chǎn)物分布,，為熱解回收燃料油或單體提供工藝參數(shù)。例如,，PET 在 400~500℃熱解可生成對(duì)苯二甲酸二甲酯（回收率 > 80%）,，TG 曲線(xiàn)的失重速率峰值對(duì)應(yīng)最佳熱解溫度。

Ending

熱重分析作為一種強(qiáng)大的熱分析技術(shù),，在高分子材料的熱穩(wěn)定性評(píng)估,、組分分析、反應(yīng)機(jī)理研究及工藝優(yōu)化中發(fā)揮著不可替代的作用,。隨著聯(lián)用技術(shù)的發(fā)展,，TG 將更深入地揭示材料的熱行為本質(zhì)，為高性能高分子材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供更精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)依據(jù),。在實(shí)際應(yīng)用中,，需結(jié)合材料特性選擇合適的實(shí)驗(yàn)條件（如氣氛、升溫速率,、樣品量）,，以確保數(shù)據(jù)的可靠性與可比性。