如何应用TMA测量印刷线路板的玻璃化转变温度和杨氏模量？

1.热膨胀系数　大多数材料在加热时会发生膨胀。线膨胀系数α（10-6K-1）定义如下：

式中：dL——由温度变化dT引起的长度变化；

L0——温度T0时的原始长度。

平均热膨胀系数是温度T1至T2温度范围样品膨胀的量度：

式中：L0——温度T0（通常为25℃）时的样品长度，即参比长度；

L1——较低温度T1时的样品长度；

L2——较低温度T2时的样品长度。

图4-27为印刷线路板的TMA膨胀式曲线。印刷版是金属与环氧树脂连接的部件。在90℃附近玻璃化温度的拐点前后，其热膨胀系数从75.80×10-6K-1升高到189.87×10-6K-1。(www.xing528.com)

图4-27　印刷线路板的TMA膨胀式曲线

图4-28　复合材料的TMA膨胀曲线（玻璃化转变温度）

2.玻璃化转变　测定玻璃化转变温度是TMA最常用的测试类型。在玻璃化转变处，由于热膨胀系数增大，导致膨胀测量曲线斜率明显增大。在玻璃化转变拐点处前后基线切线的交点即为玻璃化转变点。图4-28为玻璃纤维增强环氧树脂印制线路板的TMA膨胀曲线。X和Y表示与纤维在同一平面，Z表示垂直于玻璃纤维方向。试样原始长度为4mm，施加的力为0.02N，升温速率为5K/min。树脂基体在Z方向的膨胀系数从125℃起变化显著，而X和Y方向在玻璃化转变时膨胀系数的变化不很明显，Z方向的膨胀约是X和Y方向的3倍。

3.杨氏模量　如果能确保在测试过程中施加在整个试样上的机械应力相同，就可由动态负载热机械分析（DLTMA）曲线测定杨氏模量（弹性模量）。图4-29为碳纤维增强环氧树脂印制线路板三点弯曲DLTMA的测量曲线及由DLTMA曲线计算得到的玻璃化转变温度和杨氏模量。试样宽度为3mm，厚度为0.8mm，三点弯曲支架的缺口距离为8mm，DLTMA测试方法的两个力分别为F1=0.02N、F2=0.5N，周期为12s，升温速率为10K/min。图4-29最上面为DLTMA测量曲线的玻璃化转变温度；中间为DLTMA上、下包络线的平均值曲线，可用它计算试样的玻璃化转变温度；下面为杨氏模量曲线及数据表格。

图4-29　印制线路板三点弯曲DLTMA曲线及玻璃化转变和杨氏模量曲线

从原理上讲，DLTMA曲线类似于TMA曲线，可利用傅里叶分析将复合模量分成储能模量和损耗模量。然而，在弯曲测量模式下，这种计算并不准确，最好用动态热机械分析来计算储能模量和损耗模量。