DSC曲线解析讲解PPT课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,2004/4/12,导 师：邓麦村,博士生：叶 震,差示扫描量热,DSC,技术简介,Dalian Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences,Seminar I,2,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。,3,DSC,ICTA,热分析方法的九类,质量,温度,热量,尺寸,力学,声学,光学,电学,磁学,Differential Scanning Calorimeter,4,基本原理,基线与仪器校正,实验的影响因素,应用实例,PerKin Elmer,Pyris 1 DSC,5,6,仪器简要说明,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,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。,7,仪器性能指标,温度范围：,-170725C,样品量：,0.5,到,30mg,量热灵敏度：,0.2,微瓦,温度精度：,0.01C,加热速率：,0.1500C/min,量热精度：,0.1%,8,DSC,的基本原理,9,功率补偿型,(Power C,ompensation,),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,(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。,10,Furnace,Thermocouples,Sample,Reference,Platinum Alloy,PRT Sensor,Platinum,Resistance Heater,Heat Sink,热流型,DSC,功率补偿型,DSC,Sample,量热仪内部示意图,11,热流型,DSC,功率补偿型,DSC,工作原理简图,12,dQ/dt=dQ/dT,dT/dt,Q,：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,13,功率补偿型,DSC,的优点,精确的温度控制和测量,更快的响应时间和冷却速度,高分辨率,Sample,Reference,Platinum Alloy,PRT Sensor,Platinum,Resistance Heater,Heat Sink,14,基线稳定,高灵敏度,Sample,热流型,DSC,的优点,15,Identical Indium Sample Run on Heat,Flux and Power Compensation DSC,16,Multiple Scans of Indium,Showing Precision,17,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。,复合型,DSC,18,复合型,DSC,通过外侧的加热器进行程序温控。热流从均温块底部中央通过热功率补偿感应器供给样品和参比物。热流差则由微加热器进行快速功率补偿并,作为,DSC,信号输出，同时把检测的试样端温度作为试样温度进行输出。,这种结构的仪器性能在宽广的温度范围内有稳定的基线，且兼备很高的灵敏度和分辨率。,19,特 点,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；,配置功率补偿式,DSC,的感应器以获得高分辨率；,复合型,DSC,20,基线与仪器的校正,21,基线的重要性,样品产生的信号及样品池产生的信号必须加以区分；,样品池产生的信号依赖于样品池状况、温度等；,平直的基线是一切计算的基础。,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。,基 线,22,校正的含义,校正温度与能量的对应关系,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、温度绝对值,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,仪器的校正,23,实验中的影响因素,24,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,25,扫描速度的影响,26,样品制备的影响,样品几何形状：,样品与器皿的紧密接触,样品皿的封压：,底面平整、样品不外露,合适的样品量：,灵敏度与分辨率的折中,27,1.,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。,仪器损坏的主要来源,28,DSC,应用举例,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,29,共混物的相容性,PE/PP Blend,PP,PE,Endothermic,Range:,40,mW,20,C/min,Heating,Rate:,Rate:,50,Temperature(),200,Heat Flow,30,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。,31,结晶度的表征,u,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,=,D,H,m,/,D,H,ref,32,u,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。熔融点基本一样，但是峰面积相差很大。,结晶度的表征,可以通过,DSC,有效的表征高分子结晶度的变化。,u,33,增塑剂的影响,Effect of Plasticizer on Melting of Nylon 11,Heat Flow,100,Temperature,(),220,Plasticized,Unplasticized,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,Tg,和熔融温度,Tm,的影响。,u,一般，增塑剂的添加会降低高分子,Tg,和,Tm,。,u,34,固化过程的研究,u,Tg,、固化起点、固化完成、固化热,u,最大固化速率,Heat Flow,Tg,Cure,Onset of Cure,DSC Results on Epoxy Resin,0,Temperature(),300,Heat Flow,35,u,u,DSC Tg As Function of Cure,Temperature,Heat Flow,Less Cured,More Cured,固化过程的研究,随着固化度（交联度）的增加，,Tg,上升,交联后高分子分子量增加,36,u,u,u,Decrease in Cure Exotherm As Resin Cure Increase,Temperature,Heat Flow,Less Cured,More Cured,固化过程的研究,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。,DSC,是评估固化度的有力工具。,37,高分子鉴别,热处理效应,晶区结构变化,物理老化过程,38,解析,DSC,曲线涉及的技术面和知识面较广。为了确定材料转变峰的性质，可利用,DSC,以外的其他热分析手段，如,DSC-TG,联用。同时，还可以与,DSC-GC,，,DSC,IR,等技术联用。,39,谢 谢！,