背景介绍

1886年1月29日，本茨发明了第一辆不需要马来拉动的三轮车，这一天也被认定为汽车的生日。随着时代的发展，电子信息技术越来越多地渗透到汽车电子领域，各个汽车品牌为了提升产品竞争力，正努力用更丰富的设计亮点来迎合客户日益挑剔的需求。在现代的汽车里，我们的生活在路上被延续，汽车变得更像一个“移动居室”。

据估计，汽车是由上万种零部件组成的复杂结构交通工具，根据其动力装置、使用条件等不同，汽车具体的构造可以有很大的差别，但总体结构通常由发动机、底盘、车身以及电气系统四大部分组成。

传统汽车材料包括热塑性塑料、热固性塑料以及橡胶，他们被广泛应用于汽车的各个部分，像是汽车的内饰件、外饰件、密封件以及轮胎等。热分析技术在这些传统汽车材料中有着丰富的应用，常用于测试材料的玻璃化转变温度、结晶和熔融、固化度、组分含量、蠕变性能以及动态力学性能。

接下来就让我们一起看一些具体的测试案例：

测试案例

一、鉴定聚合物种类并估算组分含量

PC/ABS合金是由聚碳酸酯（PC）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）混合而成的热塑性塑料，它结合了两种材料的优异特性，是常见的汽车内饰件材料，同时也是制造汽车仪表板的理想材料。

PC和ABS共混形成的是相互之间不相容的共混物，其中PC和ABS都聚集在自己的相内，因此这个共混物能够测得两个玻璃化转变温度（Tg）。由于不同材料的Tg不同，所以我们可以通过测出的Tg来鉴别材料中聚合物的种类。PC/ABS中两种组分的含量对材料的性能起到了直接的影响，我们同样可以通过DSC测试对组分含量进行估算。

在图1的案例中，我们分别用DSC测试了纯的PC以及PC/ABS共混物，通过对曲线的分析，我们发现:纯PC的Tg在145.7 ℃左右。而PC/ABS共混物，可以测出ABS和PC两种组分的Tg，分别为110.3 ℃和142.9 ℃。这两个Tg相较于纯的PC和纯的ABS都向中间温度移动了。另外，根据比热容的改变量，还可以估算PC/ABS中各组分的含量。PC/ABS中的PC在发生Tg前后，比热容变化（delta Cp）为0.182J/g·K，纯PC在发生Tg前后的delta Cp为0.285J/g·K，两者相除后计算得到PC的含量大约为64%。

二.研究热固性材料的固化度

环氧树脂是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构。它主要作为粘接剂、涂料和轻量化材料应用于汽车行业中。

在图2的案例中，我们对在150度下等温固化不同时间的环氧树脂进行了两次升温的测试，根据一次升温曲线和二次升温曲线，我们可以得到不同的信息。

在一次升温曲线上，我们可以看到，随着环氧树脂在150度下等温时间的延长，Tg逐渐提高，而放热的后固化峰逐渐减小。说明等温时间越长，样品固化度越高。在后固化峰上还有一个小的吸热峰，这是交联剂的熔融产生的。即使在150度下等温了140分钟后，还能够看到微弱的放热固化峰，这代表此时样品仍然没有固化完全。

对这些样品进行第二次升温，此时Tg均为110度，而且都观察不到后固化峰，这说明经过第一次升温之后，样品已经完全固化。完全固化的样品结构更加稳定，要发生玻璃化转变需要的能量更多，所以Tg比未固化完全时更大。如果想让环氧树脂在等温固化过程中尽量完全固化，我们可以进一步提高等温固化的温度，或者延长样品的等温固化时间。

三.测试橡胶中各组分的含量

和其他材料相比，橡胶在使用温度范围内具有高弹性。简单来说，对橡胶施加一定的外力，橡胶可以发生形变，而外力去除后，橡胶又能恢复原状。这使得橡胶有着丰富的应用。在汽车上大家最容易看到的橡胶制品就是轮胎，此外汽车上还有许多各种橡胶材质的配件。

为了使橡胶的性能符合使用的需求，常会在橡胶中添加油以及炭黑。其中油能起到增塑以及降低硬度的作用，而炭黑则起到了增加强度、提高耐磨性的作用。我们可以通过TGA来简单快速地测试得到橡胶中各组分的含量。

对含丙烯腈以及含卤素的橡胶，他们在氮气中分解时会产生裂解碳。用普通的升温程序测试时，裂解碳和添加的炭黑会一起在氧化性气氛下燃烧，导致无法准确得到添加炭黑的含量。由于炭黑的比表面积越大，活性越大，燃烧的也越快，所以我们可以在测试橡胶的时候设置回温段来区分裂解碳和添加碳。发生在较低温度的第一个台阶是裂解碳的分解，发生在较高温度的第二个台阶是添加的炭黑的分解。

在图3的案例中，我们参考国标GB/T14837.2-2014《橡胶和橡胶制品 热重分析法测定硫化胶和未硫化胶的成分 第2部分：丙烯腈-丁二烯橡胶和卤化丁基橡胶》对含卤素的橡胶进行了测试。在氮气下，温度比较低的时候，发生了挥发分、油类的分解；温度稍高一些的时候，发生了橡胶本体的分解。然后在回温切换成空气后，橡胶本体分解产生的裂解碳先发生了分解，继续升高温度橡胶中的添加炭开始分解。由此能够得到这类橡胶中炭黑的添加量约为10.38%。

总结

对于汽车行业的客户，可以使用热分析技术来进行各类样品的测试。不同的热分析技术可获得不同的信息，包括样品的玻璃化转变温度、组分种类、组分含量等等，这能够帮助客户高效地完成研发以及品控等工作。