DSC测量的是与材料内部热转变相关的温度、热流的关系,应用范围非常广,特别是材料的研发、性能检测与质量控制。材料的特性:如玻璃化转变温度。冷结晶、相转变、熔融、结晶、热稳定性、固化/交联、氧化诱导期等,都是DSC的研发领域。
主要特点:
1.全新的炉体结构,确保解析度和分辨率的基线稳定性
2.数字式气体质量流量计,控制吹扫气体流量,数据直接记录在数据库中
3.仪器可采用双向控制(主机控制、软件控制),界面友好,操作简便
技术参数:
1. DSC量程: 0~±500mW
2. 温度范围: 室温~800℃ 风冷
3. 升温速率: 1~80℃/min
4. 温度分辨率:0.1℃
5. 温度波动: ±0.1℃
6. 温度重复性:±0.1℃
7. DSC噪声: 0.01mW
8. DSC解析度: 0.01mW
10.DSC灵敏度: 0.01mW
11.控温方式: 升温、恒温(全程序自动控制)
12.曲线扫描: 升温扫描
13.气氛控制: 仪器自动切换
14.显示方式: 24bit色,7寸 LCD触摸屏显示
15.数据接口: 标准USB接口
16.参数标准: 配有标准物质(锡),用户可自行校正温度和热焓
差示扫描量热仪可进行的测试项目:
玻璃化转变温度、热稳定性、熔融、冷结晶、氧化诱导期、固化/交联、结晶、相转变
什么是玻璃化转变温度?
玻璃化转变是非晶态高分子材料(即非晶型聚合物)固有的性质,是高分子运动形式转变的宏观体现,它直接影响到材料的使用性能和工艺性能,因此长期以来它都是高分子物理研究的主要内容。
绝大多数聚合物材料通常可处于以下四种物理状态(或称力学状态):玻璃态、粘弹态、高弹态(橡胶态)和粘流态。而玻璃化转变则是高弹态和玻璃态之间的转变,从分子结构上讲,玻璃化转变温度是高聚物无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松弛现象。
什么是氧化诱导期?
氧化诱导期(OIT)是测定试样在高温(200摄氏度)氧气条件下开始发生自动催化氧化反应的时间,是评价材料在成型加工、储存、焊接和使用中耐热降解能力的指标。氧化诱导期(简称OIT)方法是一种采用差热分析法(DTA)以塑料分子链断裂时的放热反应为依据,测试塑料在高温氧气中加速老化程度的方法。
其原理是:将塑料试样与惰性参比物(如氧化铝)置于差热分析仪中,使其在一定温度下用氧气迅速置换试样室内的惰性气体(如氮气)。测试由于试样氧化而引起的DTA曲线(差热谱)的变化,并获得氧化诱导期(时间)OIT(min),以评定塑料的防热老化性能。
什么是结晶?
参考资料:GBT 19466.3-2004塑料 差示扫描量热法(DSC) 第3部分熔融和结晶温度及热焓的测定
聚合物的无定形液态向完全结晶或半结晶的固态的转变阶段 。【为放热峰】
差示扫描量热法(DSC)是在程序控制温度条件下,测量输入给样品与参比物的功率差与温度关系的一种热分析方法。差热分析(DTA)是在程序控制温度条件下,测量样品与参比物之间的温度差与温度关系的一种热分析方法。
两种方法的物理含义不一样,DTA仅可以测试相变温度等温度特征点,DSC不仅可以测相变温度点,而且可以测相变时的热量变化。DTA曲线上的放热峰和吸热峰无确定物理含义,而DSC曲线上的放热峰和吸热峰分别代表放出热量和吸收热量。因此我们以DSC为例来剖析量热分析。
差示扫描量热法(DifferentialScanningCalorimetry,简称DSC)为使样品处于一定的温度程序(升/降/恒温)控制下,观察样品端和参比端的热流功率差随温度或时间的变化过程,以此获取样品在温度程序过程中的吸热、放热、比热变化等相关热效应信息,计算热效应的吸放热量(热焓)与特征温度(起始点,峰值,终止点...)。
DSC方法广泛应用于塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂、医药、食品、生物有机体、无机材料、金属材料与复合材料等各类领域,可以研究材料的熔融与结晶过程、玻璃化转变、相转变、液晶转变、固化、氧化稳定性、反应温度与反应热焓,测定物质的比热、纯度,研究混合物各组分的相容性,计算结晶度、反应动力学参数等。
差示扫描量热仪原理:
如上图所示,样品坩埚内装有样品,与参比坩埚(通常为空坩埚)一起置于传感器盘上,两者之间保持热对称,在一个均匀的炉体内按照一定的温度程序(线性升温、降温、恒温及其组合)进行测试,并使用一对热电偶(参比热电偶,样品热电偶)连续测量两者之间的温差信号。由于炉体向样品/参比的加热过程满足傅立叶热传导方程,两端的加热热流差与温差信号成比例关系,因此通过热流校正,可将原始的温差信号转换为热流差信号,并对时间/温度连续作图,得到DSC图谱。
样品热效应引起参比与样品之间的热流不平衡,由于热阻的存在,参比与样品之间的温度差()与热流差成一定的比例关系。将对时间积分,可得到热焓:(温度,热阻,材料性质…)
由于两个坩埚的热对称关系,在样品未发生热效应的情况下,参比端与样品端的信号差接近于零,在图谱上得到的是一条近似的水平线,称为“基线”。当然任何实际的仪器都不可能达到完美的热对称,再加上样品端与参比端的热容差异,实测基线通常不完全水平,而存在一定的起伏,这一起伏通常称为“基线漂移”。
而当样品发生热效应时,在样品端与参比端之间则产生了一定的温差/热流信号差。将该信号差对时间/温度连续作图,可以获得类似如下的图谱:
差热分析曲线怎样分析?
按照DIN标准与热力学规定,图中所示向上(正值)为样品的吸热峰(较为典型的吸热效应有熔融、分解、解吸附等),向下(负值)为放热峰(较为典型的放热效应有结晶、氧化、固化等),比热变化则体现为基线高度的变化,即曲线上的台阶状拐折(较为典型的比热变化效应有玻璃化转变、铁磁性转变等)。
图谱可在温度与时间两种坐标下进行转换。
对于吸/放热峰,较常用的可以分析其起始点、峰值、终止点与峰面积。这其中:
起始点:峰之前的基线作切线与峰左侧的拐点处作切线的相交点,往往用来表征一个热效应(物理变化或化学反应)开始发生的温度(时间)。
峰值:吸/放热效应最大的温度(时间)点。
终止点:峰之后的基线作切线与峰右侧的拐点处作切线的相交点,与起始点相呼应,往往用来表征一个热效应(物理变化或化学反应)结束的温度(时间)。
面积:对吸/放热峰取积分所得的面积,单位J/g,用来表征单位重量的样品在一个物理/化学过程中所吸收/放出的热量。
另外,在软件中还可对吸/放热峰的高度、宽度、面积积分曲线等特征参数进行标示。对于比热变化过程,则可分析其起始点、中点、结束点以及拐点、比热变化值等参数。
以上就是关于差示扫描量热分析仪原理与差热分析曲线分析知识的介绍,如果对差示扫描量热分析仪的原理、结构、曲线分析还不明白的地方,可以继续查询和关注我们。
差示扫描量热仪测量的是与材料内部热转变相关的温度、热流的关系,应用范围非常广,特别是材料的研发、性能检测与质量控制。材料的特性,如玻璃化转变温度、冷结晶、相转变、熔融、结晶、产品稳定性、固化/交联、氧化诱导期等,都是差示扫描量热仪的研究领域。
为保证差示扫描量热仪正常使用,使用时应着重注意以下10点内容。
1、检查差示扫描量热仪所有连接是否正确,所用气体是否充足,工具是否齐全。
2、样品在测试温度范围内不能发生热分解,与金属铝不起反应,无腐蚀。被测量的试样若在升温过程中能产生大量气体,或能引起爆炸的都不能使用该仪器。因此,测试前应对样品的性质有大概了解。
3、为确保试验结果的准确性,使用仪器时先空烧(不放任何样品和参比物)30分钟左右。
4、实验室室温控制在20℃-30℃,温度较为恒定的情况下实验结果精确度和重复性较高。室温较高的情况下需开空调以保证环境温度在短期内相对恒温。
5、坩埚底要平,无锯齿形或弯曲,否则传热不良。
6、差示扫描量热仪长时间不用,再次使用时,务必空烧两到三次,可以将:温度设为400℃,速率设为20℃/min,恒温设为0min,按【运行】键。
7、试验中,若选择铝坩埚为样品皿,试验的最高温度不可超过500℃。若实验中最高温度超过500℃,则可选用陶瓷坩埚。
8、制备DSC样品时,不要把样品洒在坩埚边缘,以免污染传感器,破坏仪器。坩埚的底部及所有外表面上均不能沾附样品及杂质,避免影响实验结果。
9、试样用量要适宜,不宜过多,也不宜过少。固体样品一般为15mg左右。液体样品不超过坩埚容量的三分之二。如样品用量另有要求,根据要求确定用量。
10、对于差示扫描量热仪无机试样可以事先进行研磨、过筛;对于高分子试样应尽量做到均匀;纤维可以做成1~2mm的同样长度;粉状试样应压实。
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