多层电缆中热重分析检测方案(热重分析仪)

TG-IR分析：实验方法 附录 应 用 文 章 Thermal Analysis 作者 Maria Garavaglia PerkinElmer Italia Via Tiepolo 24 Monza， Italy 20052 汽车工业所用多层电缆的热重-红外光谱(TG-IR)联用技术分析 引言 某位用户向PerkinElmer提供了一个汽车工业所使用的电缆样品，其分析目的是识别该电缆外护套所使用的高分子材料。 该电缆样品的外护套包含5个同心圆圈层，依次为：橡胶、织物、橡胶、织物、橡胶。构成外护 套的高分子材料中填充了大量的炭黑，因此难以直接用红外光谱对这些材料进行识别。所以，我们决定使用热重-红外光谱(TG-IR)联用技术，通过材料的分解产物对其进行识别。通过这种方法，可以完全避免炭黑的存在对测试结果造成的干扰。 TG-IR分析：样品处理 TG-IR分析一般不需要特别的样品前处理措施。用比较锋利的解剖刀从橡胶外护套切取一小部分(约26mg))，即可直接进行测试。 根据一般性的规律，TG-IR分析的样品用量通常在10mg到30 mg之间，以保证能够对数量很少的释放气体进行识别。样品用量太少时，难以进行正确的分析；而样品体积太大时，没有被气流吹扫到的部分样品可能燃烧(或者热解)不完全。 热重分析中使用流速为100 ml/min的氮气进行吹扫，样品的加热速率为20℃/min。 在热重分析过程中，对样品释放的气体产物的红外光谱进行测量。每4秒钟采集一张红外光谱，光谱分辨率为4cm-1 TG-IR分析：结果讨论 下面对样品的热重测试结果和释放气体的红外光谱强度曲线进行分析。可以看到，样品存在三个主要的失重阶段：第一个失重阶段在15分钟左右，第二个失重阶段在24分钟左右，第三个失重阶段在29分钟左右。与样品的失重过程相对应，红外光谱强度曲线上可以看到三个峰。上述结果说明，样品失重的同时也释放出气体产物。 接下来我们对释放气体的红外光谱进行详细分析，然后对这些气体进行识别。 测试开始后10分钟左右(样品温度约为200℃)，在导数失重曲线上可以看到样品重量的轻微下降，此刻之后 热重分析结果显示3个失重阶段，红外光谱检测到3个样品分解峰。 的释放气体红外光谱显示出-CH，和-CH，的伸缩振云吸收峰 (峰A)。还可以看到样品释放出少量的二氧化碳，并且在15分钟左右达到最高值(如图1和图2所示) 样品释放出的二氧化碳可能来自高分子材料中的醋酸乙烯基团的脱羧过程。释放气体中的有机成分可能是由于添加剂的挥发，或者是因为高分子基质的早期分解。事实上，接下来的失重过程中大量HCI气体的产生可以进一步支持后一种假设。图3显示了HCI气体的红外光谱特征峰强度曲线，并且与峰A的强度曲线进行了比较。图4显示了数据处理前与峰A叠加在一起的HCI气体的红外光谱，而图5则显示了扣除峰A后的HCI气体的特征谱带。 分析过程中氯化氢气体的产生证实了样品中氯元素的存在。 接下来我们分析发生在24分钟左右(样品温度约为500℃)的第二个失重过程中释放的气体。在这一温度下，高分子材料发生明显地降解，主链的断裂产生了一系列不同的气体分子，包括甲烷、乙烯、短链和中等链长的碎片。显而易见的是，这些气体分子的红外光谱相互之间具有部分重叠。为了对这些气体分子进行识别，可以观察图6显示的数据库气体光谱与24.4分钟时的释放气体光谱。图7显示了各种气体分子所对应的红外光谱强度曲线。 上述气体释放结束之后，从27分钟开始直到测试过程结束，，可以检测到二氧化碳和微量的一氧化碳的释放。 图1.释放气体的红外光谱。 图2.峰A显示了-CH，和-CH，的伸缩振动吸收峰，还可以看到CO，的吸收峰。 本实验所用热重分析仪为PyrisTM1 TGA。 PerkinElmer可以同时提供热分析仪器和红外光谱分析仪器，能够更好更全面地对样品进行表征。 图3.释放气体的红外光谱强度曲线。 图4.与峰A叠加在一起的HCl气体的红外光谱。 图5.扣除峰A后的HCl气体的特征谱带。 图7.释放气体红外光谱强度曲线的叠加。 图8.二氧化碳的红外光谱。 图9.二氧化碳和微量一氧化碳的红外光谱强度曲线。 附录显示了热重-红外光谱联用技术分析结果的几种图形表示方式，为了节约空间而没有在前面几页中给出。 显示了HCl气体产生过程的赝彩色图像。 中心在2950 cm'的红外光谱吸收谱带的堆积图(21.5 min ~ 28.0min) 。 珀金埃尔默仪器(上海)有限公司 地址：上海张江高科技园区区衡路1670号 邮编：201203 电话：021-60645888 传真：021-60645999 www.perkinelmer.com.cn PerkinElmerFor the Better 要获取全球办事处的完整列表，请访问http：//www.perkinelmer.com.cn/AboutUs/ContactUs/ContactUs版权所有 C PerkinElmer， Inc. 保留所有权利。PerkinElmer是PerkinElmer， Inc. 的注册商标。其士所有商标均为其各自持有者或所有者的财产。 电缆样品的外护套包含5个同心圆圈层，依次为：橡胶、织物、橡胶、织物、橡胶。构成外护套的高分子材料中填充了大量的炭黑，因此难以直接用红外光谱对这些材料进行识别。所以，我们决定使用热重-红外光谱（TG-IR）联用技术，通过材料的分解产物对其进行识别。通过这种方法，可以完全避免炭黑的存在对测试结果造成的干扰。