《热分析》课件：5DSC测试方法.ppt

1、DSC 测试方法Leading Thermal Analysis.德国耐驰仪器制造有限公司德国耐驰仪器制造有限公司May 2008NETZSCH Analyzing & Testing2May 2008NETZSCH Analyzing & Testing3-50050100150200250300温度 /-0.10.00.10.20.30.40.50.60.7DSC /(mW/mg) 样品称重：17.45mg 升温速率：10k/min 气氛：N2 坩埚：Al 加盖扎孔 PET 起始点: 中点: 比热变化*: 75 .1 76 .0 0 .455 J/(g*K) 面积: 峰值: 起始点: -3

2、4 .03 J/g 149 .2 137 .6 面积: 峰值: 起始点: 44 .3 J/g 259 .9 242 .8 结晶度: 7 .34 % 放热结晶度结晶度/% = （A1-A2） 100% 结晶材料的理论熔融热焓结晶材料的理论熔融热焓A2A1结晶度计算结晶度计算May 2008NETZSCH Analyzing & Testing4结晶度计算结晶度计算May 2008NETZSCH Analyzing & Testing5结晶度计算结晶度计算May 2008NETZSCH Analyzing & Testing6结晶度计算结晶度计算May 2008NETZSCH Analyzing

3、& Testing7结晶度计算结晶度计算May 2008NETZSCH Analyzing & Testing8结晶度计算结晶度计算May 2008NETZSCH Analyzing & Testing9May 2008NETZSCH Analyzing & Testing10 O.I.T. 测试测试典型温度程序：典型温度程序：l 升温段（升温段（RT 200, 20K/min, N2 50ml/min ）l 恒温段（恒温段（5min, N2 50ml/min ）l 恒温段（恒温段（O2 50ml/min ）氧化诱导期（氧化诱导期（O.I.T.）测定国标方法：）测定国标方法：l样品称重：样品称

4、重：15mg，薄片或碎粒，薄片或碎粒 l坩埚：敞口铝坩埚（或铜坩埚）坩埚：敞口铝坩埚（或铜坩埚）l气氛：气氛：O2 50ml/min, N2 50ml/minl试验温度：试验温度：200 ，可根据氧化时间长短作适当调整，可根据氧化时间长短作适当调整May 2008NETZSCH Analyzing & Testing11O.I.T. 测试测试010203040506070时间 /min-1.0-0.50.00.51.01.52.0DSC /(mW/mg)6080100120140160180200温度 / 样品称重：14.97mg 升温速率：20K/min 恒温温度：200 气氛：N2, 50

5、ml/min; O2, 50ml/min 坩埚：Al, 敞口 升温速率：20K/min 气氛：N2 50ml/min 恒温温度：200 恒温时间：5min 气氛：N2 50ml/min PE Black - O.I.T. 测试 恒温时间：200 气氛：O2 50ml/min O.I. T.: 35.8 min 放热May 2008NETZSCH Analyzing & Testing12O.I.T. 测试测试May 2008NETZSCH Analyzing & Testing13O.I.T. 测试测试May 2008NETZSCH Analyzing & Testing14O.I.T. 测试

6、测试203040506070时间 /min-1.5-1.0-0.50.00.5DSC /(mW/mg)190195200205210温度 / 样品称重：14.97mg 升温速率：20K/min 恒温温度：200 气氛：N2, 50ml/min; O2, 50ml/min 坩埚：Al, 敞口 PE Black - O.I.T. 测试 35 .8 min 放热May 2008NETZSCH Analyzing & Testing15May 2008NETZSCH Analyzing & Testing16比热测试比热测试使用使用DSC，通过对已知比热的标准样品与未知比热的待测样品的测量结，通过对已

7、知比热的标准样品与未知比热的待测样品的测量结果作比较，能够计算未知样品的比热值。果作比较，能够计算未知样品的比热值。 计算原理计算原理 dardtanssampledardtansbasdardtansbassamplesampleCpmmDSCDSCDSCDSCCpdardtansdardtanssamplesamplebasdardtansbassamplemCpmCpDSCDSCDSCDSCMay 2008NETZSCH Analyzing & Testing17比热测试比热测试测试步骤：测试步骤：1. 空坩埚空坩埚 （“修正修正” 模式）：基线测试模式）：基线测试2. Sapphire

8、 标样标样 （样品样品+修正修正模式）模式）3. Sample 样品样品 （样品样品+修正修正 模式）模式）May 2008NETZSCH Analyzing & Testing18比热测试比热测试示例：晶体材料（示例：晶体材料（LCB）样品称重：样品称重：56.60mg 升温速率：升温速率：5K/min气氛：气氛：N2 坩埚：坩埚：PtRh 加盖加盖标准样品：蓝宝石标准样品：蓝宝石 42.03mgMay 2008NETZSCH Analyzing & Testing19比热测试比热测试May 2008NETZSCH Analyzing & Testing20比热测试比热测试May 2008N

9、ETZSCH Analyzing & Testing21比热测试比热测试May 2008NETZSCH Analyzing & Testing22比热测试比热测试May 2008NETZSCH Analyzing & Testing23比热测试比热测试May 2008NETZSCH Analyzing & Testing24比热测试比热测试项目 :标识 :日期/时间 :实验室 :操作者 :样品 :c0256LCB2006-2-22 14:49:07NISxu liangLCB, 56.600 mg参比 :温度校正 :灵敏度文件 :范围 :样品支架/热电偶 :模式/测量类型 :tcal05120

10、2.td1scal051202.ed15/5.0(K/min)/412Standard DSC 200 PC/EDSC/Cp (calc.)段 :坩埚 :气氛 :校正/测量范围 :1/1Pan Pt, with lid-/- / N2/20 / N2/60/-80/0仪器 :NETZSCH DSC 200 PC文件 :D:DSC200PCSample0602中科院理化技术研究所DataLCB-Cp-2.md1备注 :Cp50100150200250300350400温度 /0.60.70.80.91.01.11.21.3Cp /(J/(g*K)主窗口 2006-02-23 08:59 用户:

11、xu liangLCB_Cp.ngbLCB-Cp样品称重：56.60mg升温速率：5K/min气氛：N2坩埚：PtRh 加盖标准样品：蓝宝石 42.03mg25.0 , 0.654 J/(g*K)80.0 , 0.731 J/(g*K)150.0 , 0.816 J/(g*K)200.0 , 0.867 J/(g*K)300.0 , 0.945 J/(g*K)400.0 , 0.997 J/(g*K)May 2008NETZSCH Analyzing & Testing25比热测试比热测试测试要点：测试要点： 参比坩埚与样品坩埚质量相近参比坩埚与样品坩埚质量相近 基线、标样与样品测试尽可能使用

12、同一个样品坩埚基线、标样与样品测试尽可能使用同一个样品坩埚 若需更换坩埚，坩埚质量尽量相近甚至相同若需更换坩埚，坩埚质量尽量相近甚至相同 可选坩埚：可选坩埚：PtRh、Al、石墨等，、石墨等， 不能使用氧化铝坩埚不能使用氧化铝坩埚 坩埚必须加盖（屏蔽热辐射的影响）坩埚必须加盖（屏蔽热辐射的影响） 坩埚选取：坩埚选取：May 2008NETZSCH Analyzing & Testing26比热测试比热测试 坩埚尽量调整至热电偶的正中位置、保持左右对称。坩埚尽量调整至热电偶的正中位置、保持左右对称。 参比坩埚的位置原则上不应再动参比坩埚的位置原则上不应再动 样品坩埚更换样品前后位置应尽量保持一致

13、样品坩埚更换样品前后位置应尽量保持一致 在升温段前建议加上在升温段前建议加上15min的恒温段，或至少保持测试前温度与信号稳定。的恒温段，或至少保持测试前温度与信号稳定。 常用标样：蓝宝石常用标样：蓝宝石 选择标准：以选择标准：以Cp标标*m标与标与Cp样样*m样相近为佳。样相近为佳。 基线、标样测试完后可连续测试一批样品基线、标样测试完后可连续测试一批样品 所有测试在同一天内完成为佳，中间尽量不要插入其他样品。所有测试在同一天内完成为佳，中间尽量不要插入其他样品。 实验操作：实验操作：May 2008NETZSCH Analyzing & Testing27高分子材料的高分子材料的 DSC

14、曲线受众多因素影响，往往需要进行二次升温曲线受众多因素影响，往往需要进行二次升温高分子材料的高分子材料的二二次升温次升温第一次升温第一次升温 ： 得到迭加了热历史（冷却结晶、应力、固化等）与其他因素得到迭加了热历史（冷却结晶、应力、固化等）与其他因素（水分、添加剂等）的原始材料的性质（水分、添加剂等）的原始材料的性质l 玻璃化转变在转变区域往往伴随有应力松弛峰玻璃化转变在转变区域往往伴随有应力松弛峰l 热固性树脂：热固性树脂：若若未完全固化，第一次升温未完全固化，第一次升温Tg较低，伴有不可逆的固化放较低，伴有不可逆的固化放热峰热峰l 部分结晶材料：计算室温下的原始结晶度部分结晶材料：计算室温

15、下的原始结晶度l 吸水量大的样品（如纤维等）：往往伴有水分挥发吸热峰，可能掩盖样吸水量大的样品（如纤维等）：往往伴有水分挥发吸热峰，可能掩盖样品的特征转变品的特征转变May 2008NETZSCH Analyzing & Testing29冷却过程：冷却过程：l 线性冷却线性冷却l 等温结晶等温结晶l 淬冷淬冷单个样品：使用不同的冷却方式，研究冷却条件对结晶度、单个样品：使用不同的冷却方式，研究冷却条件对结晶度、 玻璃玻璃 化转变温度、熔融过程等的影响化转变温度、熔融过程等的影响横向样品：使用相同的冷却条件（使样品拥有相同的热历史）横向样品：使用相同的冷却条件（使样品拥有相同的热历史） 比较材

16、料在同等热历史条件下的性能差异比较材料在同等热历史条件下的性能差异高分子材料的高分子材料的二二次升温次升温May 2008NETZSCH Analyzing & Testing30第二次升温：第二次升温：l 玻璃化转变：消除了应力松弛峰，曲线形状典型而规整玻璃化转变：消除了应力松弛峰，曲线形状典型而规整l 热固性树脂（未完全固化）：玻璃化温度一般会提高。热固性树脂（未完全固化）：玻璃化温度一般会提高。l 部分结晶材料：经过特定冷却条件（结晶历史）研究结晶度、晶体熔部分结晶材料：经过特定冷却条件（结晶历史）研究结晶度、晶体熔程熔融热焓与结晶历史关系。程熔融热焓与结晶历史关系。l 易吸水样品：消除

17、了水分的干扰，得到样品的真实转变曲线易吸水样品：消除了水分的干扰，得到样品的真实转变曲线l 横向样品比较，消除了热历史的影响，有利于比较样品的性能差异横向样品比较，消除了热历史的影响，有利于比较样品的性能差异高分子材料的高分子材料的二二次升温次升温May 2008NETZSCH Analyzing & Testing312030405060708090温度 /0.100.150.200.250.300.350.400.451.5DSC /(mW/mg) 第二次升温 第一次升温 聚酯 P9520-034 样品称重：10.60mg 升降温速率：10K/min 气氛：N2 坩埚：Al加盖扎孔 玻璃化

18、转变: 起始点: 中点: 终止点: 比热变化*: 55 .0 59 .1 63 .3 0 .411 J/(g*K) 玻璃化转变: 起始点: 中点: 终止点: 比热变化*: 57 .9 58 .2 59 .3 0 .452 J/(g*K) 1.1 1.5 放热玻璃化转变玻璃化转变高分子材料的高分子材料的二二次升温次升温May 2008NETZSCH Analyzing & Testing32PET不同冷却速率下的二次升温测试比较不同冷却速率下的二次升温测试比较50100150200250Temperature /C00.100.200.300.400.500.60DSC /(mW/mg)-10

19、K/min-60 K/min-20 K/min-30 K/min-40 K/min-50 K/minPETapplied cooling ratebefore heating segment exo熔融后的PET样品经过不同速率冷却至室温后，重新加热进行DSC测量，得到上图结果。可见PET样品的结晶度受冷却速度影响。高分子材料的高分子材料的二二次升温次升温May 2008NETZSCH Analyzing & Testing33固化固化6080100120140160180200220温度 /-0.050.000.050.100.150.201.1DSC /(mW/mg) 固化峰： 第一次升温

20、 第二次升温 样品称重：10.44mg 升温速率：10K/min 气氛：N2 坩埚：Al，加盖扎孔 测试仪器：DSC200PC 环氧树脂（未完全固化） 面积: 峰值: 起始点: 终止点: -25 .44 J/g 177 .8 140 .7 208 .0 玻璃化转变: 起始点: 中点: 比热变化*: 50 .7 57 .8 0 .135 J/(g*K) 玻璃化转变: 起始点: 中点: 比热变化*: 93 .6 98 .9 0 .128 J/(g*K) 放热高分子材料的高分子材料的二二次升温次升温May 2008NETZSCH Analyzing & Testing34PA/PS复合纤维的二次升温

21、测试复合纤维的二次升温测试50100150200250温度 /0.00.10.20.30.40.50.60.70.82.1DSC /(mW/mg) 聚酰胺聚苯乙烯复合纤维 PA6 / PST PA6 熔融峰 PA6 熔融峰 第一次升温 第二次升温 PST - 玻璃化转变 PST - 玻璃化转变 PA6 - 玻璃化转变 吸附水的挥发 样品称重：3.72mg 升降温速率：5K/min 气氛：N2 坩埚：Al 加盖扎孔 起始点: 中点: 比热变化*: 87 .2 92 .1 0 .231 J/(g*K) 起始点: 中点: 比热变化*: 47 .7 53 .1 0 .172 J/(g*K) 部分面积:

22、 203 .3 : 217 .0 : 31 .86 J/g 9 .548 % 57 .486 % 215 .1 220 .4 起始点: 中点: 比热变化*: 90 .2 94 .6 0 .177 J/(g*K) 部分面积: 218 .8 : 28 .05 J/g 74 .653 % 216 .0 34 .6 放热高分子材料的高分子材料的二二次升温次升温May 2008NETZSCH Analyzing & Testing35取决于您希望看到什么样的结果取决于您希望看到什么样的结果 关注样品原始的信息：一次升温关注样品原始的信息：一次升温 消除热历史或力学历史：二次升温消除热历史或力学历史：二次升温 各样品在相同的起点上进行本身性能的比较：二次升温各样品在相同的起点上进行本身性能的比较：二次升温 热固性材料：第一次和第二次升温都很重要热固性材料：第一次和第二次升温都很重要 要注意选择合适的降温条件。要注意选择合适的降温条件。