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當前位置:上海和晟儀器科技有限公司>>技術文章>>差示掃描量熱法DSC及其應用
1、原理:差示掃描量熱法(DSC)是測量樣品與參比樣的熱流量差或功率差與溫度火時間的關系,分為功率補償型DSC和熱流型DSC。功率補償型(power compensation)DSC原理:在程序控溫過程中,如果樣品發(fā)生溫度變化,系統(tǒng)通過變化功率(電能補償)始終保持樣品與參比樣溫度動態(tài)一致,記錄功率差對溫度或時間的關系曲線,測定的是維持樣品和參比物處于相同溫度所需要的能量差(ΔW=dH/dt),反映了樣品焓的變化。熱流型(heat flux)DSC原理與DTA相似,將試樣和參比樣以一定的速率加熱或冷卻,記錄試樣和參比物之間的溫差(ΔT),換算成ΔQ(熱量差),對時間或溫度作圖,得到DSC曲線。目前使用較多的為功率補償型DSC。
2、功率補償型DSC優(yōu)點是的溫度控制和測量,升降溫速率快,分辨率高;功率補償型有個致命缺點就是:內加熱方式,用久了基線飄的很厲害。因為是兩個單獨的爐子,一邊是樣品,一邊是空白。空白的那個爐子一直很新,放樣品的用久了有污染,這樣導致兩個爐子不對稱。熱流型是兩個坩鍋在同一個爐子里面,可保證樣品和空白處在相同條件下。熱流型DSC缺點是升降溫速率較慢,但是新發(fā)展的紅外加熱爐則無此問題。
3、兩個名詞:差示掃描量熱儀(Differential Scanning Calorimeter,DSC),差示掃描量熱法(Differential Scanning Calorimetry,DSC)。
4、DSC操作條件選擇:試樣粒度?。ū缺砻娣e大)、升溫速率慢、氣氛高傳熱系數(shù)的(如He)均可獲得更高的分辨率。粒度大(比表面積小)、升溫速率快、氣氛低傳熱系數(shù)(如真空)均可獲得更高的靈敏度。
5、影響基線是否平直的因素:樣品池是否干凈、樣品池和蓋子是否定位準確、儀器是否穩(wěn)定、氣氛選擇和氣流速率等。
6、影響DSC曲線的因素:曲線校正、氣氛的影響、升降溫速率、測試樣品量、樣品粒度和裝填方式等。
7、DSC應用:研究物質的熔點、玻璃化轉變(Tg)和相轉變,聚合物組成分析,研究聚合、固化、交聯(lián)、氧化、分解、降解等反應,研究測定結晶度、反應熱以及研究結晶動力學、反應動力學等等。
典型的DSC測試曲線:
玻璃化轉變是非晶態(tài)高分子材料(即非晶型聚合物)固有的性質,是高分子運動形式轉變的宏觀體現(xiàn),它直接影響到材料的使用性能和工藝性能,因此長期以來它都是高分子物理研究的主要內容。
絕大多數(shù)聚合物材料通??商幱谝韵滤姆N物理狀態(tài)(或稱力學狀態(tài)):玻璃態(tài)、粘彈態(tài)、高彈態(tài)(橡膠態(tài))和粘流態(tài)。而玻璃化轉變則是高彈態(tài)和玻璃態(tài)之間的轉變,從分子結構上講,玻璃化轉變溫度是高聚物無定形部分從凍結狀態(tài)到解凍狀態(tài)的一種松弛現(xiàn)象。
以DSC為例,當溫度逐漸升高,通過高分子聚合物的玻璃化轉變溫度時,DSC曲線上的基線向吸熱方向移動(見圖)。圖中A點是開始偏離基線的點。將轉變前后的基線延長,兩線之間的垂直距離為階差ΔJ,在ΔJ/2 處可以找到C點,從C點作切線與前基線相交于B點,B點所對應的溫度值即為玻璃化轉變溫度Tg。
常見的結晶性塑料有:聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚甲醛POM、聚酰胺PA6、聚酰胺PA66、PET、PBT等
非結晶塑料有:聚碳、ABS、透苯、氯乙烯等(如塑料表殼、電視外殼等)
什么是氧化誘導期?
氧化誘導期(OIT)是測定試樣在高溫(200攝氏度)氧氣條件下開始發(fā)生自動催化氧化反應的時間,是評價材料在成型加工、儲存、焊接和使用中耐熱降解能力的指標。氧化誘導期(簡稱OIT)方法是一種采用差熱分析法(DTA)以塑料分子鏈斷裂時的放熱反應為依據(jù),測試塑料在高溫氧氣中加速老化程度的方法。其原理是:將塑料試樣與惰性參比物(如氧化鋁)置于差熱分析儀中,使其在一定溫度下用氧氣迅速置換試樣室內的惰性氣體(如氮氣)。測試由于試樣氧化而引起的DTA曲線(差熱譜)的變化,并獲得氧化誘導期(時間)OIT(min),以評定塑料的防熱老化性能。
什么是結晶?
參考資料:GBT 19466.3-2004塑料 差示掃描量熱法(DSC) 第3部分熔融和結晶溫度及熱焓的測定
聚合物的無定形液態(tài)向*結晶或半結晶的固態(tài)的轉變階段 ?!緸榉艧岱濉?/span>
什么是熔融?
*結晶或半結晶聚合物從固態(tài)向具有不同粘度的液態(tài)的轉變階段 ?!緸槲鼰岱濉?/span>
什么冷結晶?
一般非結晶材料升溫過程發(fā)生的結晶現(xiàn)象稱為“冷結晶”?!緸榉艧岱濉?/span>
冷結晶峰的成因是這樣的,冷結晶峰的出現(xiàn)與否取決于降溫速率和材料的結晶能力,結晶能力強,容易結晶的材料就很難觀察到冷結晶峰。
什么是熔點?
熔點是固體將其物態(tài)由固態(tài)轉變(熔化)為液態(tài)的溫度。晶體開始融化時的溫度叫做熔點。物質有晶體和非晶體,晶體有熔點,而非晶體則沒有熔點。晶體又因類型不同而熔點也不同。一般來說晶體熔點從高到低為,原子晶體>離子晶體>金屬晶體>分子晶體。
DSC曲線怎么看熔點?
ICTA標準化委員會規(guī)定,前基線延長線與峰的前沿zui大斜率處切線的交點,代表熔點。 前基線就是指,在熔化過程之前的接近水平的基線。 峰前沿就是指峰達到zui低點之前的那段曲線。
某藥粉熔點檢測
敞口鋁坩堝裝樣,在自然氣體下,以10℃/min升溫速率從室溫升溫到250℃。熔點為106.9℃
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