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差示扫描量热法 DSC 基本原理及使用方法 差示扫描量热法 DSC DifferentialScanningCalorimetry 定义 在程序控制温度下 测量输给物质与参比物的功率差与温度的一种技术 分类 根据所用测量方法的不同1 功率补偿型DSC2 热流型DSC 基本原理 DTA存在的两个缺点 1 试样在产生热效应时 升温速率是非线性的 从而使校正系数K值变化 难以进行定量 2 试样产生热效应时 由于与参比物 环境的温度有较大差异 三者之间会发生热交换 降低了对热效应测量的灵敏度和精确度 使得差热技术难以进行定量分析 只能进行定性或半定量的分析工作 为了克服差热缺点 发展了DSC 该法对试样产生的热效应能及时得到应有的补偿 使得试样与参比物之间无温差 无热交换 试样升温速度始终跟随炉温线性升温 保证了校正系数 值恒定 测量灵敏度和精度大有提高 DSC仪器结构 DSC样品皿及压片机 纵坐标 热流率横坐标 温度T 或时间t 峰向上表示吸热向下表示放热在整个表观上 除纵坐标轴的单位之外 DSC曲线峰包围的面积正比于热焓的变化 DSC曲线 影响DSC的因素 由于DSC用于定量测试 因此实验因素的影响显得更重要 其主要的影响因素大致有以下几方面 1 实验条件 程序升温速率 气氛2 试样特性 试样用量 粒度 装填情况 试样的稀释等 实验条件的影响 1 升温速率 主要影响DSC曲线的峰温和峰形 一般 越大 峰温越高 峰形越大和越尖锐 实际中 升温速率 的影响是很复杂的 对温度的影响在很大程度上与试样的种类和转变的类型密切相关 2 气氛实验时 一般对所通气体的氧化还原性和惰性比较注意 而往往容易忽略对DSC峰温和热焓值的影响 实际上 气氛的影响是比较大的 试样特性的影响 1 试样用量 不宜过多 多会使试样内部传热慢 温度梯度大 导致峰形扩大 分辨力下降 2 试样粒度 影响比较复杂 通常大颗粒热阻较大 而使试样的熔融温度和熔融热焓偏低 但是当结晶的试样研磨成细颗粒时 往往由于晶体结构的歪曲和结晶度的下降也可导致相类似的结果 对干带静电的粉状试样 由于粉末颗粒间的静电引力使粉状形成聚集体 也会引起熔融热焓变大 DSC的应用 鉴于DSC能定量的量热 灵敏度高 应用领域很宽 涉及热效应的物理变化或化学变化过程均可采用DSC来进行测定 峰的位置 形状 峰的数目与物质的性质有关 故可用来定性的表征和鉴定物质 而峰的面积与反应热焓有关 故可以用来定量计算参与反应的物质的量或者测定热化学参数 玻璃化转变温度Tg的测定 无定形高聚物或结晶高聚物无定形部分在升温达到它们的玻璃化转变时 被冻结的分子微布朗运动开始 因而热容变大 用DSC可测定出其热容随温度的变化而改变 混合物和共聚物的成分检测 脆性的聚丙烯往往与聚乙烯共混或共聚增加它的柔性 因为在聚丙烯和聚乙烯共混物中它们各自保持本身的熔融特性 因此该共混物中各组分的混合比例可分别根据它们的熔融峰面积计算 结晶度的测定 高分子材料的许多重要物理性能是与其结晶度密切相关的 所以百分结晶度成为高聚物的特征参数之一 由于结晶度与熔融热焓值成正比 因此可利用DSC测定高聚物的百分结晶度 先根据高聚物的DSC熔融峰面积计算熔融热焓 Hf 再按下式