ICS59.100.99 Q69 中华人民共和国国家标准 GB/T30711—2014 摩 擦材料热分解温度测定方法 Testmethodforthermogravimetry(TG)offrictionmaterials 2014-06-09发布 2014-12-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国建筑材料联合会提出。 本标准由全国非金属矿产品及制品标准化技术委员会(SAC/TC406)归口。 本标准主要起草单位:杭州振兴摩擦材料有限公司、三门台基摩擦材料有限公司、青岛华瑞汽车零 部件股份有限公司、厦门利兴达摩擦材料有限公司、福建华日汽车配件有限公司、重庆振华制动器有限 公司、湖北飞龙摩擦密封材料股份有限公司、宁国飞鹰汽车零部件股份有限公司、咸阳非金属矿研究设 计院有限公司、枣阳兴亚摩擦材料有限公司、国家非金属矿制品质量监督检验中心。 本标准主要起草人:石志刚、朱绵鹏、韩屹丽、郑士洋、白克江、叶家玲、苏美珍、黄云亮、吴耀庆、 赵金宝、孙奇春、陶有明、沈清。 ⅠGB/T30711—2014 摩擦材料热分解温度测定方法 1 范围 本标准规定了摩擦材料热分解温度测定的术语和定义、试验设备、试样制备、设备校准、试验步骤、 结果表述和试验报告。 本标准适用于测定干式摩擦材料的分解温度和分解速率,也适用于测定摩擦材料中所含挥发物、添 加剂和/或填料的含量,摩擦材料用原材料可参照使用。 本标准适用于动态模式(在程序条件下质量随温度或时间变化)或等温模式(在恒定温度下质量随 时间变化)下进行热重测量。 2 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 2.1 热重分析法 thermogravimetry TG 在程序温度控制下,测量试样质量与温度或时间关系的一种技术。 2.2 动态质量变化测量 dynamicmass-changedetermination 在程序变温速率下,记录试样质量随温度的变化的一种技术。 2.3 等温质量变化测量 isothermalmass-changedetermination 在恒温条件下,记录试样质量随时间的变化的一种技术。 2.4 热重曲线 TGcurve 由热重分析法得到的曲线,以试样的质量为纵坐标(y轴)以温度T或时间t为横坐标(x轴)。 2.5 差示扫描量热法 differentialscanningcalorimetry DSC 在程序控温和一定气氛下,测量输给试样和参比物的热流速率和加热功率(差)与温度和/或时间的 关系的技术。 2.6 差热分析 differentialthermalanalysis DTA 在程序控温下,测量试样和参比物之间的温度差与温度和/或时间关系的一种技术。 2.7 居里温度 curietemperature 磁性材料可以在铁磁体和顺磁体之间转变的温度。 1GB/T30711—2014 3 原理概述 3.1 在程序控温下,以恒定速率加热试样,测量试样质量变化与温度的关系。也可以是在给定的时间 内,试样保持在恒定的温度下,测量试样质量变化与时间的关系。通常造成试样质量变化的反应有分解 反应、氧化反应或组分挥发。质量的变化记录为热重曲线。 3.2 材料质量的变化是温度的函数,变化的程度反映了材料的热稳定性。因此,在相同试验条件下,热 重数据可以用于评价同类摩擦材料的相对热稳定性,或用于评价摩擦材料之间或摩擦材料与添加剂之 间的相互作用。 3.3 热重(TG)数据可用于过程控制、过程开发及材料评价。长期热稳定性是与控制及环境条件的 一个复杂函数。单独的热重(TG)数据不能说明一种摩擦材料长期的热稳定性。 4 设备 4.1 热天平:为零位式或偏转式。试样的质量小于50mg时,精度为±0.020mg。热天平的构造应使 气流通过试样周围,并能使热量以恒定的速率向试样传递。 4.2 炉体:具有低热容外壳,可在室温至1000℃温度范围内进行快速或慢速的加热及冷却(通常速率 至少为50℃/min)。 4.3 温度传感器:测量试样温度。它位于尽量靠近试样的位置。 4.4 升温程序控制器:可在预定温度范围内进行线性速率扫描。 4.5 记录设备:显示质量损失和温度或时间的关系,并记录样品质量和温度和/或时间的变化。 4.6 试样皿:具有足以承载至少5mg试样的形状和尺寸,并由可承受最高使用温度的材质制成。 4.7 保护气体:干燥空气或氧气(氧化条件下),也可以是氧气含量(体积分数)为0.001%或更小的合 适的惰性气体(非氧化条件)。无论上述何种气体,其含水量(质量分数)都应小于0.001%。 4.8 流量计:测量50mL/min~150mL/min范围内的气体流速。 4.9 天平:测量试样的初始质量,精度为0.01mg。 5 样品制备 5.1 制样方法 5.1.1 用直径为10mm钻头垂直于摩擦材料样品的工作面钻取试样,但不得在距样品边缘小于6mm 处钻取,钻头转速应控制在500r/min以下。 5.1.2 钻孔穴深度应能保证不得夹有底层材料或金属背板材料。 5.2 试样状态调节 钻屑试样应在干燥器内放置24h以上。 5.3 试样质量 试样的质量应大于10mg,除非试样的质量较小。 2GB/T30711—2014 6 设备校准 6.1 质量校准 在无任何气流穿过热天平的条件下(避免浮力和/或对流的干扰),使用10mg~100mg的校准砝 码按下述步骤校准热天平。首先将热天平调零,加载校准砝码置于热天平上、并测量相应的质量变化; 如必要,调节热天平使测量质量与校准砝码的质量相等。 6.2 温度校准 安装温度传感器(一般为热电偶)于合适位置,以尽量精确地读取试样温度。对于不同的仪器,安装 位置可能不同。应使用与实际测量相同的环境、气体流速和加热速率来进行温度校准(见第7章)。 如使用热天平时,则按下列步骤校准: a) 从包含于GM761的5个标准物(见附录A)中选择两种或两种以上标准参比物,所选参比物的 居里温度应接近待测温度范围。如可能,应使待测温度范围处于所选用的两种参比物的居里 温度之间。 b) 开始加热,以与实际测量相同的升温速率开始升温,根据居里温度转变的起始温度TA、中点 温度TC和最终温度TB进行温度校准。 注:GM761被国际热分析协会(ICTA)和美国国家标准与技术研究院(NIST)指定作为居里(磁性转变)的标准温度 范围(参见附录A)。 纯度等于或大于99.99%的镍也可用于校准。 如果热天平与DSC(差示扫描仪)或DTA(差示热分析仪)检测器联用,推荐使用适用于DSC或 DTA校准的标准参比物来进行热天平的温度校准。标准校准物参见附录A。 注1:标准参比物的熔点被定义为曲线拐点处推断基线与吸热波切线的截距(即所谓的起始温度)。 注2:校准是获取可靠的热重数据最关键的步骤。温度传感器、试样的几何形状和气氛的种类包括气体流速之间的 关系,都会影响测量系统的校准。 7 试验步骤 7.1 动态模式 7.1.1 称量试样,将试样置入试样器皿中。 7.1.2 热天平调零。 7.1.3 将盛有试样的试样器皿置于热天平上。选择气体流速,通入气流并记录初始质量。对于在严格 惰性气氛下进行的试验,则需用真空泵抽空热天平然后充入惰性气体。或在记录质量前用较高流速惰 性气体长时间注入保护气体。 注1:通入气流时会引起热天平中浮力和对流的变化。即使实际质量不变,也会观察到质量的表观变化,且质量测 量精度会下降。建议在与实际测量相同的升温速率及气体流速下进行无试样的预运行,以观察质量的表观变 化。质量测量的精度不会比预运行试验获得的结果更佳。 注2:测定中可以更换气体,但必须使用相同的气体流速。建议使用密度接近的气体,以使浮力的影响较为接近。 如无法使用密度接近的气体,则需要进行浮力修正。 7.1.4 如适用,应遵照参考标准的规定设定温度程序。程序应包括初始温度和终止温度,若干次恒温, 以及程序温度间的升温速率。 7.1.5 开始执行温度程序并记录热重曲线。 3GB/T30711—2014 7.2 等温模式 按照7.1.1、7.1.2和7.1.3的规定操作。然后启动仪器,以最大的速率(如100℃/min或更大)升 温,以尽快达到指定的温度。 8 结果表述 8.1 图示 以质量变化量或质量分数变化量与时间或温度关系曲线的形式显示热重数据。 8.2 确定质量增量 根据曲线确定质量的最大值mmax(见图1)。 质量增量MG按式(1)计算: MG=mmax-ms ms×100% …………………………(1) 式中: MG———质量增量,%; mmax———质量的最大值,单位为毫克(mg); ms———加热前的质量,单位为毫克(mg)。 图1 质量增加的TG曲线示例 8.3 确定单阶质量降低时的质量损失 从TG曲线中确定A、B和C点(见图2)。 A为起始点———起始质量线与通过TG曲线上斜率最大点的切线的交点; B为终点———最终质量线与通过TG曲线上斜率最大点的切线的交点; C为中点———TG曲线与通过A和B间中点且与x轴平行的直线的交点。 4GB/T30711—2014 根据A、B和C点可确定出质量Ms和Mf及温度TA、TB和TC。 质量损失ML按式(2)计算: ML=ms-mf ms×100% …………………………(2) 式中: ML———质量损失,%; mf———在终止温度处对应的质量(mg); ms———加热前的质量,单位为毫克(mg)。 图2 单阶质量降低的TG曲线示例 8.4 确定多阶质量降低时的质量