DSC曲线解析学习课程

1、1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关系的一种技术。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。第1页/共39页第一页，编辑于星期五：十七点 十七分。2DSCICTA 热分析方法的九热分析方法的九类类第2页/共39页第二页，编辑于星期五：十七点 十七分。3基本原理基本原理基 线 与 仪 器 校 正基 线 与 仪 器 校 正实 验 的 影 响 因 素实 验 的 影 响 因 素应用实例应用实例第3页/共39页第三页，编辑于星期五：十七点 十七分。4第4页/共39页第四页，编辑于星期五：十七点 十七分。5仪器简要说明仪器简要

2、说明 Pyris 1 DSC是功率补偿差示扫描量热仪。DSC按程序升温，经历样品材料的各种转变如熔化、玻璃化转变、固态转变或结晶，研究样品的吸热和放热反应。仪器应用范围仪器应用范围 可用于测量包括高分子材料在内的固体、液体材料的熔点、沸点、玻璃化转变、比热、结晶温度、结晶度、纯度、反应温度、反应热。第5页/共39页第五页，编辑于星期五：十七点 十七分。6 仪器性能指标仪器性能指标温度范围：-170725 C样品量：0.5到30mg量热灵敏度：0.2微瓦温度精度：0.01 C加热速率：0.1500 C/min量热精度：0.1%第6页/共39页第六页，编辑于星期五：十七点 十七分。7第7页/共39

3、页第七页，编辑于星期五：十七点 十七分。8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件下，测定为满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，测定样品和参比品两端的温差 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。第8页/共39页第八页，编辑于星期五：十七点 十七分。9FurnaceThermocouplesSampleReferencePlatinum AlloyPRT SensorPlatinumResistance Hea

4、terHeat Sink热流型热流型 DSC功率补偿型功率补偿型 DSCSample第9页/共39页第九页，编辑于星期五：十七点 十七分。10热流型热流型 DSC功率补偿型功率补偿型 DSC第10页/共39页第十页，编辑于星期五：十七点 十七分。11dQ/dt = dQ/dT dT/dtQ ：热量 t ：时间 T ：温度dQ/dt： 纵坐标信号，mW；dT/dt ：程序温度变化速率， C/min;纵坐标信号的大小与升温速度成正比第11页/共39页第十一页，编辑于星期五：十七点 十七分。12功率补偿型功率补偿型 DSC的优点的优点精确的温度控制和测量精确的温度控制和测量更快的响应时间和冷却速度更

5、快的响应时间和冷却速度高分辨率高分辨率SampleReferencePlatinum AlloyPRT SensorPlatinumResistance HeaterHeat Sink第12页/共39页第十二页，编辑于星期五：十七点 十七分。13 基线稳定基线稳定 高灵敏度高灵敏度Sample热流型热流型 DSC的优点的优点第13页/共39页第十三页，编辑于星期五：十七点 十七分。14Identical Indium Sample Run on HeatFlux and Power Compensation DSC第14页/共39页第十四页，编辑于星期五：十七点 十七分。15Multiple

6、Scans of Indium, Showing Precision第15页/共39页第十五页，编辑于星期五：十七点 十七分。16 热功率补偿感应器由铂精密温度测量电路板、微加热器和互相贴近的梳型感应器构成，样品和参比端左右对称。精密温度测量电路板和微加热器均涂有很薄的绝缘层，以保持样品皿与感应器之间的电绝缘性，并最大程度地降低热阻。 第16页/共39页第十六页，编辑于星期五：十七点 十七分。17第17页/共39页第十七页，编辑于星期五：十七点 十七分。18 特特 点点1.保留热流型DSC的均温块结构，以保持基线的稳定和高灵敏度；2.配置功率补偿式DSC的感应器以获得高分辨率；第18页/共39

7、页第十八页，编辑于星期五：十七点 十七分。19第19页/共39页第十九页，编辑于星期五：十七点 十七分。20基线的重要性基线的重要性1.样品产生的信号及样品池产生的信号必须加以区分；2.样品池产生的信号依赖于样品池状况、温度等；3.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干净的样品池、仪器的稳定、池盖的定位、清洗气；选择好温度区间，区间越宽，得到理想基线越困难；进行基线最佳化操作。第20页/共39页第二十页，编辑于星期五：十七点 十七分。21校正的含义校正的含义校正温度与能量的对应关系校正的原理校正的原理方法：测定标准物质，使测定值等于理论值手段：能量、温度区间、温度绝

8、对值什么时候需要校正什么时候需要校正1. 样品池进行过清理或更换2. 进行过基线最佳化处理后第21页/共39页第二十一页，编辑于星期五：十七点 十七分。22第22页/共39页第二十二页，编辑于星期五：十七点 十七分。23扫描速度的影响扫描速度的影响灵敏度随扫描速度提高而增加分辨率随扫描速度提高而降低技巧：增加样品量得到所要求的灵敏度低扫描速度得到所要求的分辨率第23页/共39页第二十三页，编辑于星期五：十七点 十七分。24第24页/共39页第二十四页，编辑于星期五：十七点 十七分。25样品制备的影响样品制备的影响样品几何形状：样品几何形状：样品与器皿的紧密接触样品皿的封压：样品皿的封压：底面平

9、整、样品不外露合适的样品量：合适的样品量：灵敏度与分辨率的折中第25页/共39页第二十五页，编辑于星期五：十七点 十七分。261. 用力过大，造成样品池不可挽救的损坏；2. 操作温度过高（铝样品皿，温度600）；3. 样品池底部电接头短路和开路；4. 样品未被封住，引起样品池污染。第26页/共39页第二十六页，编辑于星期五：十七点 十七分。27 共 混 物 的 相 容 性 热历史效应 结 晶 度 的 表 征 增 塑 剂 的 影 响 固 化 过 程 的 研 究第27页/共39页第二十七页，编辑于星期五：十七点 十七分。28共混物的相容性共混物的相容性PE/PP BlendPP PEEndothe

10、rmic Range:40 mW20C/min Heating Rate: Rate:50Temperature()200Heat Flow第28页/共39页第二十八页，编辑于星期五：十七点 十七分。29热历史效应热历史效应Polyester 高分子由于分子链相互作用，有形成凝聚缠结及物理交联网的趋向。这种凝聚的密度和强度依赖于温度，因而和高分子的热历史有关。 当高分子加热到Tg以上，局部链段的运动使分子链向低能态转变，必然形成新的凝聚缠结，同时释放能量。因此在冷却曲线中会出现一个放热峰。 第29页/共39页第二十九页，编辑于星期五：十七点 十七分。30结晶度的表征结晶度的表征u测量样品的熔解

11、热，测试值除以参比值得到高分子的结晶度信息。测量样品的熔解热，测试值除以参比值得到高分子的结晶度信息。 u%结晶度结晶度 = Hm / Href第30页/共39页第三十页，编辑于星期五：十七点 十七分。31u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，明显地看到吸热峰的不同。熔曲线，明显地看到吸热峰的不同。熔融点基本一样，但是峰面积相差很大。融点基本一样，但是峰面积相差很大。结晶度的表征结晶度的表征可以通过可以通过DSC有效的表征高分子结晶度的变化。有效的表征高分子结晶度的变化。 u第31页/共39页第三十一页，编辑于星期五：十七点 十七分。32增塑剂的影响增塑剂的影响

12、Effect of Plasticizer on Melting of Nylon 11 Heat Flow 100Temperature ()220PlasticizedUnplasticized增塑剂会极大的改变高分子的性能，因此有必要研究增塑剂对高分子玻增塑剂会极大的改变高分子的性能，因此有必要研究增塑剂对高分子玻璃态转化温度璃态转化温度Tg和熔融温度和熔融温度Tm的影响。的影响。u一般，增塑剂的添加会降低高分子一般，增塑剂的添加会降低高分子Tg和和Tm。u第32页/共39页第三十二页，编辑于星期五：十七点 十七分。33固化过程的研究固化过程的研究uTg 、固化起点、固化起点、 固化完成

13、、固化完成、 固化热固化热u最大固化速率最大固化速率 Heat FlowTgCureOnset of CureDSC Results on Epoxy Resin0Temperature()300Heat Flow第33页/共39页第三十三页，编辑于星期五：十七点 十七分。34uuDSC Tg As Function of CureTemperatureHeat Flow Less CuredMore Cured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，随着固化度（交联度）的增加，TgTg上升上升交联后高分子分子量增加交联后高分子分子量增加第34页/共39页第三十四页，编辑于星期五：十七点 十七分。35uuuDecrease in Cure Exotherm As Resin Cure IncreaseTemperatureHeat FlowLess CuredMore Cured固化过程的研究固化过程的研究固化度高的环氧树脂，固化热小。固化度高的环氧树脂，固化热小。环氧树脂完全固化时，观察不到固化热。环氧树脂完全固化时，观察不到固化热。DSC是评估固化度的有力工具。是评估固化度的有力工具。第35页/共39页第三十五页，编辑于星期五：十七点 十七分。36第