实验6 DSC差热分析

1、高分子化学与物理实验报告实验名称聚合物的差示扫描量热分析姓 名学 号专业班级实验地点指导教师时 间一实验目的1.了解差示扫描量热（DSC）的工作原理及其在聚合物研究中的应用。2.初步学会使用DSC仪器测定高聚物的操作技术。3.学会用差示扫描量热法定性和定量分析聚合物的熔点、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。二实验原理差示扫描量热法(DSC, Differential Scanning Calorimetry)是在程序温度控制下，测量试样与参比物之间单位时间内能量差（或功率差）随温度变化的一种技术。它是在差热分析（DTA, Differential Thermal

2、 Analysis）的基础上发展而来的一种热分析技术，DSC在定量分析方面比DTA要好，能直接从DSC曲线上峰形面积得到试样的放热量和吸热量。差示扫描量热仪可分为功率补偿型和热流型两种，两者的最大差别在于结构设计原理上的不同。一般试验条件下，都选用的是功率补偿型差示扫描量热仪。仪器有两只相对独立的测量池，其加热炉中分别装有测试样品和参比物，这两个加热炉具有相同的热容及导热参数，并按相同的温度程序扫描。参比物在所选定的扫描温度范围内不具有任何热效应。因此在测试的过程中记录下的热效应就是由样品的变化引起的。当样品发生放热或吸热变化时，系统将自动调整两个加热炉的加热功率，以补偿样品所发生的热量改变，

3、使样品和参比物的温度始终保持相同，使系统始终处于“热零位”状态，这就是功率补偿DSC仪的工作原理，即“热零位平衡”原理。如图1为功率补偿式DSC示意图。随着高分子科学的迅速发展，高分子已成为DSC最主要的应用领域之一，当物质发生物理状态的变化（结晶、溶解等）或起化学反应（固化、聚合等），同时会有热学性能（热焓、比热等）的变化，采用DSC测定热学性能的变化，就可以研究物质的物理或化学变化过程。在聚合物研究领域，DSC技术应用的非常广泛，主要有：（1）研究相转变过程，测定结晶温度Tc、熔点Tm、结晶度Xc、等温、非等温结晶动力学参数。（2）测定玻璃化温度Tg 。（3）研究固化、交联、氧化、分解、聚

4、合等过程，测定相对应的温度热效应、动力学参数。例如研究玻璃化转变过程、结晶过程（包括等温结晶和非等温结晶过程）、熔融过程、共混体系的相容性、固化反应过程等。对于高分子材料的熔融与玻璃化测试，在以相同的升降温速率进行了第一次升温与冷却实验后，再以相同的升温速率进行第二次测试，往往有助于消除历史效应（冷却历史、应力历史、形态历史）对曲线的干扰，并有助于不同样品间的比较（使其拥有相同的热机械历史）。三实验仪器和试剂 仪器名称：差示扫描量热仪仪器型号：DSC Q100生产厂商：美国TA公司仪器技术参数:温度范围： 室温 -70至 500 量热动态范围： +/- 500 mW量热精度(金属标样)： 0.

5、05灵敏度： 0.2微瓦相对解析度： 2.1电子天平（精度：0.001g），-Al2O3，及环氧树脂和铟。四实验步骤1开启电脑，预热10min，打开氮气阀门，调节氮气流量。2仪器校正3设定实验参数。4将试片秤重，放在铝坩埚中，加盖压成碟型。5另外取一个装-Al2O3压成碟型的空样品盘，作为标准物。6将待测物和标准物放入DSC中，盖上盖子和玻璃罩，开始加热，并用计算机绘制图形7在结束加热后，打开玻璃罩跟盖子，将冷却附件盖上去，待其大约冷却至室温后，再移开冷却附件，进行下一组实验。8.不使用仪器时正常关机顺序依次为：关闭软件、退出操作系统、关电脑主机、显示器、仪器控制器、测量单元、机械冷却单元。9

6、.关闭使用氮气瓶的高压总阀，低压阀可不必关。10.如发现传感器表面或炉内侧脏时，可先在室温下用洗耳球吹扫，然后用棉花蘸酒精清洗，不可用硬物触及。五实验结果与分析六思考与讨论1.对于高分子材料的玻璃化测试，为什么要进行第二次升温？答：对于高分子材料的玻璃化测试，在以相同的升降温速率进行了第一次升温与冷却实验后，再以相同的升温速率进行第二次测试，往往有助于消除历史效应（冷却历史、应力历史、形态历史）对曲线的干扰，并有助于不同样品间的比较（使其拥有相同的热机械历史）。2.讨论误差可能的原因。答：在理想的状况下，是假定温度以“无限慢”的速度往上提升，而得到了理论值，但由于我们不可能有办法将温度以这种速

7、度上升，虽说我们会尽量把上升速度调小以接近理论质，但仍无法避免误差的产生，至于会为何上升速度非“无限慢”会导致误差，主要是因为当我们使其升温时，热尚未完全扩散均匀至整个物体上，所以我们看到的“温度”其实是会比物体此时的实际温度要高的，所以得出来的误差都是比相图上的要高一些。3.讨论影响实验结果的因素。答：试样因素：试样量小，峰小而尖锐，峰的分辨率好；试样量大，峰大而宽，峰的位置移向高温方向。在仪器灵敏度许可的情况下，试样应尽可能的少。在测Tg时，热容变化小，试样的量要适当多一些。试样的装填方式也很重要，因为这影响到试样的传热情况，装填得是否紧密又和粒度有关。气氛影响：气氛可以是静态的，也可以是动态的。就气体的性质而言，可以是惰性的，也可以是参加反应的，视实验要求而定。对于聚合物的玻璃化转变和相转变测定，气氛影响不大，但一般都采用氮气，流量在30Ml/min左右。升温速率：升温速率对Tg的测定影响较大，因为玻璃化转变是一松弛过程，升温速率太慢，转变不明显，甚至观察不到；升温快，转变明显，但Tg移向高温。升温速率对Tm的影响不大，但有些聚