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1、热分析技术简介热分析技术简介差示扫描量热仪（差示扫描量热仪（DSC）高分子材料分析测试中心刘吉文热分析热分析 国际热分析协会（ICTA）热分析定义：在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。关系的一种技术。ICTA ICTA 热分析方法热分析方法DSC质质量量温度温度热热量量尺寸尺寸力学力学声学声学光学光学电电学学磁学磁学ThermogravimetryDifferential Scanning CalorimetryDifferential Scanning CalorimetryDSC204F1主要内容nDSC的定义的定义n基本原理
2、基本原理n基线与仪器校正基线与仪器校正n实验的影响因素实验的影响因素n应用实例应用实例n新功能扩展新功能扩展DSC的定义的定义n差示扫描量热法是指在程序控制温度下，测量样品热差示扫描量热法是指在程序控制温度下，测量样品热焓与温度（或时间）的函数关系的一种技术。所有与焓与温度（或时间）的函数关系的一种技术。所有与热效应有关的物理及化学过程都可以用热效应有关的物理及化学过程都可以用DSC表征表征.n熔点 熔融热和结晶热n比热 玻璃化温度n结晶度 氧化诱导期n相容性 反应动力学DSC曲线曲线基本原理基本原理功率补偿型功率补偿型(Power Compensation)在样品和参比品始终保持相同温度的条
3、件下保持相同温度的条件下，测定为满测定为满足此条件样品和参比品两端所需的能量差足此条件样品和参比品两端所需的能量差，并直接作为信号Q（热量差）输出。热流型热流型(Heat Flux)在给予样品和参比品相同的功率下相同的功率下，测定样品和参比品测定样品和参比品两端的温差两端的温差 T，然后根据热流方程，将T（温差）换算成Q（热量差）作为信号的输出。量热仪内部示意图量热仪内部示意图工作原理简图工作原理简图两种DSC的优缺点仪器校正仪器校正基线校正基线校正基线的重要性基线的重要性n样品产生的信号及样品池产生的信号必须加以区分；样品产生的信号及样品池产生的信号必须加以区分；n样品池产生的信号依赖于样品
4、池状况、温度等；样品池产生的信号依赖于样品池状况、温度等；n平直的基线是一切计算的基础。平直的基线是一切计算的基础。如何得到理想的基线如何得到理想的基线n干净的样品池、仪器的稳定、池盖的定位、清洗气；干净的样品池、仪器的稳定、池盖的定位、清洗气；n选择好温度区间，区间越宽，得到理想基线越困难；选择好温度区间，区间越宽，得到理想基线越困难；n进行基线最佳化操作。进行基线最佳化操作。温度和热焓校正温度和热焓校正校正的方法校正的方法n测定标准物质，使测定值等于理论值；测定标准物质，使测定值等于理论值；n标准物质有高纯度的铟、锡、铅、锌等。标准物质有高纯度的铟、锡、铅、锌等。什么时候需要校正什么时候需
5、要校正n样品池进行过清理或更换；样品池进行过清理或更换；n进行过基线最佳化处理后。进行过基线最佳化处理后。实验中的影响因素实验中的影响因素扫描速度的影响：扫描速度的影响：n灵敏度随扫描速度提高而增加；n分辨率随扫描速度提高而降低。技巧：技巧：n增加样品量得到所要求的灵敏度；n低扫描速度得到所要求的分辨率。扫描速度的影响扫描速度的影响样品制备的影响样品制备的影响n样品几何形状；样品几何形状；n样品与器皿的紧密接触；样品与器皿的紧密接触；n样品皿的封压；样品皿的封压；n底面平整、样品不外露；底面平整、样品不外露；n合适的样品量（合适的样品量（5-10mg)；n灵敏度与分辨率的折中。灵敏度与分辨率的
6、折中。气氛的影响气氛的影响n一般使用惰性气体，如2、He等；n研究氧化反应使用空气；n空气切换惰性气体时应需要较长排空时间；n气体流速恒定（保护气60ml/min，吹扫气20ml/min）。仪器操作注意事项仪器操作注意事项1.用力过大，造成样品池不可挽救的损坏；用力过大，造成样品池不可挽救的损坏；2.测试温域选择注意温度上限避免造成样品分解，下限温度测试温域选择注意温度上限避免造成样品分解，下限温度一般要高于样品玻璃化温度至少一般要高于样品玻璃化温度至少20-30oC；3.还要注意最高温度不能超过坩埚上限（铝样品皿，温度还要注意最高温度不能超过坩埚上限（铝样品皿，温度500）;4.样品未被封住
7、，引起样品池污染。样品未被封住，引起样品池污染。DSC应用举例应用举例n测玻璃化转变、熔点和熔融热n共混物的相容性n热历史效应n结晶度的表征n增塑剂的影响n固化过程的研究测玻璃化转变、熔点和熔融热共混物的相容性共混物的相容性PE/PP BlendPP PEEndothermic Range:40 mW20C/min Heating Rate:Rate:50Temperature()200Heat Flow热历史效应热历史效应结晶度的表征结晶度的表征u%结晶度=Hm/Href结晶度的表征结晶度的表征n两种不同结晶度的高密度聚乙烯两种不同结晶度的高密度聚乙烯DSC曲线曲线增塑剂的影响增塑剂的影响E
8、ffect of Plasticizer on Melting of Nylon 11 Heat Flow 100Temperature()220PlasticizedUnplasticized固化过程的研究固化过程的研究Heat FlowTgCureOnset of CureDSC Results on Epoxy Resin0Temperature()300Heat Flow固化过程的研究固化过程的研究随着固化度（交联度）的增加，高分子分子量增加，Tg上升。DSC Tg As Function of CureTemperatureHeat Flow Less CuredMore Cured固化过程的研究固化过程的研究n固化度高的环氧树脂，固化热小。n环氧树脂完全固化时，观察不到固化热。nDSC是评估固化度的有力工具。Decrease in Cure Exotherm As Resin Cure IncreaseTemperatureHeat FlowLess CuredMore CuredDSC新功能扩展调制调制DSC：能够区分可逆热流与不可逆热流TMDSC升温方式淬火PET的调制信号及其平均值（总热流）聚苯乙烯玻璃化转变的总热流、可逆热流和非可逆热流淬火PET的总热流、可逆热流和非可逆热流谢谢！