聚合物热分析实验讲解
实验三 聚合物的热谱分析―― 差示扫描量热法(DSC)
• 热谱分析是指在等速升温（降温）的条件下， 测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的 技术，包括差热分析（DTA）和差示扫描热量 法（DSC）。试样发生力学状态变化时（例如 由玻璃态转变为高弹态），虽无吸热或放热现 象，但比热容有突变，表现在热谱曲线上是基 线的突然变动。试样内部对热敏感的变化能反 映在热谱曲线上。因而热谱分析DTA、DSC在高 分子方面的应用特别广泛。它们可以用于研究 聚合物的玻璃转变温度Tg、相转变、结晶温度 Tc、溶点Tm、结晶度X、等温结晶动力学参数； 研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应以 及测定反应温度或反应热、反应动力学参数。
实验目的
• 通过用差示扫描量热分析仪测定聚合物的加 热及冷却谱图，了解DSC的原理。 • 掌握应用DSC测定聚合物的Tg、Tc、Tm、 ∆Hf及结晶度的方法
基本原理
• 聚合物的热分析是用仪器检测聚合物在加热或冷却 过程中热效应的一种物理化学分析技术。差热分析 （differential thermal analysis，DTA）是程序控温的 条件下测量试样与参比物之间温度差随温度的变化， 即测量聚合物在受热或冷却过程中，由于发生物理 变化或化学变化而产生的热效应。物质发生结晶熔 化、蒸发、升华、化学吸附、脱结晶水、玻璃化转 变、气态还原时就会出现吸热反应；当涉及结晶形 态的转变、化学分解、氧化还原反应、固态反应等 就可能发生放热或吸热反应。差示扫描量热法 （differential scanning calorimetry，DSC）是在DTA的 基础上发展起来的，其原理是检测程序升降温过程 中为保持样品和参比物温度始终相等所补偿的热流 率dH/dt随温度或时间的变化。
聚合物的热分析------差示扫描量热法(DSC)
化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称：聚合物的热分析------差示扫描量热法（DSC）年级:2011级材料化学日期：2013-10-17 姓名：学号：同组人：一、预习部分1、差热分析差热分析（Differential Thermal Analysis—DTA）法是一种重要的热分析方法，是指在程序控温下，测量物质和参比物的温度差与温度或者时间的关系的一种测试技术。
该法广泛应用于测定物质在热反应时的特征温度及吸收或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应。
广泛应用于无机、有机、特别是高分子聚合物、玻璃钢等领域。
差热分析操作简单，但在实际工作中往往发现同一试样在不同仪器上测量，或不同的人在同一仪器上测量，所得到的差热曲线结果有差异。
峰的最高温度、形状、面积和峰值大小都会发生一定变化。
其主要原因是因为热量与许多因素有关，传热情况比较复杂所造成的。
虽然过去许多人在利用DTA进行量热定量研究方面做过许多努力，但均需借助复杂的热传导模型进行繁杂的计算，而且由于引入的假设条件往往与实际存在差别而使得精度不高，差示扫描热法(简称DSC)就是为克服DTA在定量测量方面的不足而发展起来的一种新技术。
20世纪60年代，差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）被提出，其特点是使用温度范围比较宽，分辨能力和灵敏度高，根据测量方法的不同，可分为功率补偿型DSC和热流型DSC，主要用于定量测量各种热力学参数和动力学参数。
差示扫描量热法是在程序升温的条件下，测量试样与参比物之间的能量差随温度变化的一种分析方法。
差示扫描量热法有补偿式和热流式两种。
在差示扫描量热中，为使试样和参比物的温差保持为零在单位时间所必需施加的热量与温度的关系曲线为DSC曲线。
曲线的纵轴为单位时间所加热量，横轴为温度或时间。
曲线的面积正比于热焓的变化。
DSC与DTA原理相同，但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，而且分辨率和重现性也比DTA好。
聚合物热重分析实验
二、实验目的
1．了解热重分析法在高分子领域的应用 2．掌握热重分析仪的工作原理及操作方法， 学会用热重分析法测定聚合物的热分解温度
技术参数 1.温度范围：室温-1100OC或1600OC 2.温度准确性：+/- 0.25OC 3.温度重复性：+/- 0.15OC 4.升温速率（室温至最高）：5min(SF), 8min (LF1100), 10min(LF1600) 5.线性升温速率：0.01-100OC/min
主要特点 1.平行支架超微量天平、内置砝码全自动校准 2.水平结构测试单元 3.独特的单坩埚技术 4.同步DTA和DSC信号 5.超高的温度精准度
五、实验要求
1．预习报告： 2．实验步骤：启动预热仪器，设置操作 条件，放样，记录数据，实验结束，处 理数据. 3．注意事项： （1）放样时小心 (2)不要有震动
4．实验报告
TG热重分析仪原理。 本实验的操作步骤。
TG曲线的分析。
思考题
热重分析实验结果的影响因素有哪些？ 讨论热重分析在高分子科学的主要作用。
仪器因素——浮力、试样盘、挥发物 的冷凝等； 实验条件——升温速率、气氛等； 试样的影响——试样质量、粒度等。
浮力的影响
3.结果分析：操作软件对数据进行处理
起始分解温度 外延起始分解温度
TG 5%
TG-50%
TG 10% 终止温度 外延终止温度
TG和DTG
热重分析实验报告
热重分析实验报告热重分析（Thermogravimetric analysis，简称TGA）是一种常用的热分析技术，通过测量样品在恒定升温速率下的质量变化，可以研究样品的热稳定性、减量过程、物质含量以及化学反应等信息。
本报告将介绍一次使用TGA技术进行的实验，并对实验结果进行分析和讨论。
1. 实验目的该实验的目的是研究聚合物样品在升温过程中的失重情况，从而了解聚合物的热分解温度、热稳定性以及降解产品的性质。
通过TGA实验可以为聚合物材料的设计合成、性能改进以及应用提供重要的参考依据。
2. 实验仪器和试剂本次实验采用的TGA仪器为型号X，试样为聚合物样品A。
试样经过粉碎和筛分，得到粉末状样品。
3. 实验步骤(1) 将粉末状样品A称取约100mg放入TGA样品分析容器中。
(2) 将样品容器放入TGA仪器中，设置升温速率为X℃/min。
(3) 开始实验，记录样品的质量变化情况，并实时监测样品的温度。
(4) 实验结束后，整理实验数据，进行结果分析。
4. 实验结果实验过程中，我们观察到样品A在升温过程中出现了质量减少。
根据实验数据绘制的质量-温度曲线图，我们可以发现样品A在温度区间X到Y之间发生了明显的失重现象。
进一步分析可以得出结论，样品A在这一温度区间发生了热分解反应。
5. 结果分析聚合物样品的热分解是一个复杂的过程，涉及到分子间的键断裂、自由基的形成以及产物的生成等反应。
通过TGA实验可以了解样品在不同温度下的重量变化情况，从而推测聚合物的热分解温度以及产物的性质。
根据实验结果，我们可以推测样品A在温度区间X到Y之间发生了主要的热分解反应。
随着温度的上升，样品A开始失重，并在温度达到Y时发生质量减少的最大速率。
这表明在这个温度区间内，样品A的热分解反应达到了最大速率。
在此基础上，我们可以进一步探究产物的性质和反应机理。
此外，在实验过程中还可以通过TGA仪器的联用技术，如TGA-FTIR（Fourier transform infrared spectroscopy）和TGA-MS （mass spectrometry）等，对产物的组成进行分析。
聚合物研究方法-第五章热分析
100 83 70 53
10-30゜C 4
2740 1530 650
43 43 -25
热历史
3
1 2
在玻璃化转变区比热容与温度的关系
应力历史
形态历史
当样品的表面积与体积之比较大时, 样品的形态变得很重要。
聚苯乙烯的DTA曲线
三种尺寸珠状聚苯乙 烯的热容－温度曲线 （虚线为第二次扫描）
退火历史
ΔH /(kJ·mol-1)
20-170 4-20 4-20 0.5-10 0.5-3.5
胆甾型→各向同性液体
0.5-3.5
一种液晶化合物的DTA曲线
结晶度和结晶动力学
结晶度 利用DSC熔融峰的面积（熔融热）计算高分子材料的结晶度。 熔融热实质是破坏晶体结构所需的热量。结晶度越高，熔融 热越大。
聚对苯二甲酸丁二醇酯的DSC曲线 （a）第一次升温；（b）降温；（c）第二次升温； （d）等速降温后的第三次升温
玻璃化转变温度的确定
用曲线前沿切线与基线的交点B或用中点C.
后转变基线外推
D
前转变基线外推
C
热流率
A
B
弹性态区
玻璃态 转变区 区
温点的确定
A 吸热 斜率=(1/R0)dT/dt 扫描基线 等温基线 C’ B C 斜率=(1/R0)dT/dt
第五章 热分析
3.1 概述 3.2 差热分析和示差扫描量热分析
3.2.1 差热分析 3.2.2 示差扫描量热分析 3.2.3 实验技术 3.2.4 应用
3.3 热重分析
3.3.1 基本原理 3.3.2 实验技术 3.3.3 应用
3.4 热分析的联用技术
3.1 概述
热分析是指在受控程序温度条件下,测量物质的物理性质 随温度变化的一类技术。 所谓受控程序温度一般是指线性升温或线性降温，当然也 包括恒温、循环或非线性升温、降温。也就是把温度看作 是时间的函数
聚合物的热谱分析——差示扫描量热法（DSC）-化学实验中心
聚合物的热谱分析——差示扫描量热法(DSC)一、实验目的1.了解DTA、DSC的原理。
2．掌握用DTA、DSC测定聚合物的T g、T c、T m、X D。
二、实验原理1．DTA图（11-1）是DTA的示意图。
通常由温度程序控制、气氛控制、变换放大、显示记录等部分所组成。
比较先进的仪器还有数据处理部分。
温度程序控制是使试样在要求的温度范围内进行温度控制，如升温、降温、恒温等，它包括炉子（加热器、制冷器等）、控温热电偶和程序温度控制器。
气氛控制是为试样提供真空、保护气氛和反应气氛，它包括真空泵、充气钢瓶、稳压阀、稳流阀、流量计等。
交换器是由同种材料做成的一对热电偶，将它们反向串接，组成差示热电偶，并分别置于试样和参比物盛器的底部下面，示差热电偶的电压信号，加以放大后送到显示记录。
参比物应选择那些在实验温度范围内不发生热效应的物质，如α-Al2O3、石英粉、MgO粉等，它的热容和热导率与样品应尽可能相近，当把参比物和试样同置于加热炉中的托架上等速升温时，若试样不发生热效应，在理想情况下，试样温度和参比物温度相等，ΔT＝0，差示热电偶无信号输出，记录仪上记录温差的笔仅划一条直线，称为基线。
另一支笔记参比物温度变化。
而当试样温度上升到某一温度发生热效应时，试样温度与参比物温度不再相等，ΔT≠0，差示热电偶有信号输出，这时就偏离基线而划出曲线。
ΔT随温度变化的曲线即DTA曲线。
温差ΔT作纵坐标，吸热峰向下，放热峰向上。
炉子的温度T w以一定的速度变化，基准物的温度T r在t＝0时与T w相等。
但当T w开始随时间增加时，由于基准物与容器有热容C r，发生一定的滞后；试样温度T s也相同，不同的热容，滞后的时间也不同，T w、T r、T s之间出现差距，在试样不发生任何热变化时ΔT呈定值，如图12-2所示。
其值与热容、热导和升温速度有关。
而热容、热导又随温度变化，这样，在整个升温过程中基线会发生不同程度的漂移。
实验1.聚合物的热分析 实验报告
实验五 聚合物差热热重同时热分析法差热分析是在温度程序控制下测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术。
简称DTA(Differential Thermal Analysis)。
在DTA 基础上发展起来的另一种技术是差示扫描量热法。
差示扫描量热法是在温度程序控制下测量试样相对于参比物的热流速度随温度变化的一种技术。
简称DSC （Differential Scanning Calorimetry ）。
试样在受热或冷却过程中，由于发生物理变化或化学变化而产生热效应，这些热效应均可用DTA 、DSC 进行检测。
DTA 、DSC 在高分子方面的应用特别广泛。
它们的主要用途是：①研究聚合物的相转变，测定结晶温度T c 、熔点T m 、结晶度X D 、等温结晶动力学参数。
②测定玻璃化转变温度T g 。
③研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应，测定反应温度或反应温区、反应热、反应动力学参数。
图1 是聚合物DTA 曲线或DSC 曲线的模式图。
当温度达到玻璃化转变温度T g 时，试样的热容增大就需要吸收更多的热量，使基线发生位移。
假如试样是能结晶的，并且处于过冷的非晶状态，那么在T g 以上可以进行结晶，同时放出大量的结晶热而产生一个放热峰。
进一步升温，结晶熔融吸热，出现吸热峰。
再进一步升温，试样可能发生氧化、交联反应而放热，出现放热峰，最后试样则发生分解，吸热，出现吸热峰。
当然并不是所有的聚合物试样都存在上述全部物理变化和化学变化。
通常按图2 a 的方法确定T g ：由玻璃化转变前后的直线部分取切线，再在实验曲线上取一点，使其平分两切线间的距离∆，这一点所对应温度即为T g 。
T m 的确定对低分子纯物质来说，象苯甲酸，如图2 b 所示，由峰的前部斜率最大处作切线与基线延长线相交，此点所对应的温度取作为T m 。
对聚合物来说，如图2 c 所示，由峰的两边斜率最大处引切线，相交点所对应的温度取作为T m 。
实验12聚合物的热重分析（TGA）
实验7 聚合物的热重分析(TGA)热重分析(TGA)是以恒定速度加热试样，同时连续地测定试样失重的一种动态方法。
此外，也可在恒定温度下，将失重作为时间的函数进行测定。
应用TGA可以研究各种气氛下高聚物的热稳定性和热分解作用，测定水分、挥发物和残渣，增塑剂的挥发性，水解和吸湿性，吸附和解吸，气化速度和气化热；升华速度和升华热，氧化降解，缩聚高聚物的固化程度，有填料的高聚物或掺和物的组成，它还可以研究固相反应。
因为高聚物的热谱图具有一定的特征性，它也可作为鉴定之用。
1. 实验目的（1）了解热重分析法在高分子领域的应用。
（2）掌握热重分析仪的工作原理及其操作方法，学会用热重分析法测定聚合物的热分解温度Td。
2. 实验原理热重分析法(thermogravimetric analysis，TGA)是在程序控温下，测量物质的质量与温度关系的一种技术。
现代热重分析仪一般由4部分组成，分别是电子天平、加热炉、程序控温系统和数据处理系统(微计算机)。
通常，TGA谱图是由试样的质量残余率Y(％)对温度T的曲线(称为热重曲线，TG)和/或试样的质量残余率Y(％)随时间的变化率dY/dt(%/min)对温度T的曲线(称为微商热重法，DTG)组成，见图2－40。
温度/℃图2－40 TGA谱图开始时，由于试样残余小分子物质的热解吸，试样有少量的质量损失，损失率为(100－Y1)％；经过一段时间的加热后，温度升至T1，试样开始出现大量的质量损失，直至T2，损失率达(Y1－Y2)％；在T2到T3阶段，试样存在着其他的稳定相；然后，随着温度的继续升高，试样再进一步分解。
图2－40中T1称为分解温度，有时取C点的切线与AB延长线相交处的温度T1′作为分解温度，后者数值偏高。
TGA在高分子科学中有着广泛的应用。
例如，高分子材料热稳定性的评定，共聚物和共混物的分析，材料中添加剂和挥发物的分析，水分(含湿量)的测定，材料氧化诱导期的测定，固化过程分析以及使用寿命的预测等。
实验11 聚合物的热谱分析—示差扫描量热法(DSC)
实验6 聚合物的热谱分析—示差扫描量热法（DSC）1. 实验目的（1）了解示差扫描量热法（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）用DSC测定环氧树脂的玻璃化转变温度。
2. 实验原理示差扫描量热法（DSC，Differential Scanning Calorimentry）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 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或吸热量。
DSC仪主要有功率补偿型和热流型两种类型。
NETZSCH公司生产的系列示差扫描量热仪即为功率补偿型。
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，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。
假设试样放热速率为ΔP（功率），试样底下热电偶的温度将高于参比物底下热电偶的温度，产生温差电势VΔT（图中上负下正的温差电势），经差热放大器放大后送到功率补偿放大器，输出功率ΔP c使试样下的补偿加热丝电流I s减小，参比物下的补偿加热丝电流I r 增大，使参比物热电偶温度高于试样热电偶的温度，产生一个上正下负的温差电势，抵消了因试样放热时产生的VΔT，使VΔT→0，即使试样与参比物之间的温差ΔT→0。
功率补偿式DSC的原理图构成反馈电路的框图如图2－37所示。
聚合物热重分析
• 热稳定性（Thermal stability）
聚合物热重分析
近现代聚合物分析方法—第二章热分析技术
热重
7
American Society for Testing and Materials (ASTM)的标准测试方法中，热重法用作：
3.1仪器因素的影响 3.1.1气体浮力的影响 3.1.2试样皿的影响 3.1.3挥发物冷凝的影响 3.1.4温度测量误差的影响
热重
15
3.2实验条件的影响
3.2.1升温速率的影响
3.2.2气氛的影响
3.2.3满量程标尺引起的 表观误导
3.3试样的影响 3.3.1试样量的影响 3.3.2试样粒度、形状、装 填的影响 3.3.3试样性质的影响 聚合物热重分析
都观察不到，误以为实验出了故障。
聚合物热重分析
近现代聚合物分析方法—第二章热分析技术
热重
27
3.3 试样的影响
聚合物热重分析
近现代聚合物分析方法—第二章热分析技术
热重
28
3.3.1 试样量的影响
试样量的大小对热传导、热扩散、挥发物逸出 都有影响。试样量越大，则热效应和温度梯度 越大，对热传导和气体逸出不利，导致温度偏 差，偏差程度随试样量增多而变大。试样量过 小，噪声（仪器灵敏度和表观增重等）所占比 重增大，图形失真。
止温度越低，反应区间变窄，分解反应进行的
完全。
聚合物热重分析
近现代聚合物分析方法—第二章热分析技术
热重
31
试样粒度对TG曲线的影响
% 细粒 粗粒 片
T
聚合物热重分析
近现代聚合物分析方法—第二章热分析技术
聚合物的差热分析(DTA)和差动热分析(DSC)
实验 聚合物的差热分析（DTA ）和差动热分析(DSC)一、实验目的1．了解聚合物差热分析(DTA)和差动热分析(DSC)的基本原理和应用，及相互间的差别。
2．初步掌握解释聚合物DTA 和DSC 热谱图的方法。
3．了解CDR-4P 差热分析仪的构造原理、基本操作。
4．熟练掌握使用CDR-4P 差热分析仪分别测量聚合物差热分析(DTA)和差动热分析(DSC)。
二、实验原理热分析是测量在受控程序温度条件下，物质的物理性能随温度变化的函数关系的一组技术。
目前热分析已经发展成为系统的分析方法，它对于材料的研究是一种极为有用的工具，特别是在高聚合物的分析测定方面应用更为广泛。
它不仅能获得结构方面的信息，而且还能测定性能，热分析仪已成为从事材料测试的实验室必备的仪器。
差热分析是测定试样在受热（或冷却）过程中，由于物理变化或化学变化所产生的热效应来研究物质转化及化学反应的一种分析方法，（即在程序温度下，测量物质与参比物的温度差值△T 与温度的函数关系。
△T 向上为放热反应，向下为吸热反应）简称DTA （Differential Thermal Analysis ）。
可用于测定物质在热反应时的特征温度及吸热或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等，尤其在聚合物（如聚烯烃、玻璃钢等）的热分析方面有重要意义。
差动热分析(DSC) 也叫做示差扫描热量法（Differential Scanning Calorimetry ），是在程序温度下，测量物质与参比物的功率差值△W 与温度的函数关系。
是和DTA 在应用上相近而在原理上稍有改进的一种热分析技术。
差动热分析仪CDR-4P 用于测定物质在热反应时的特征温度及吸热或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应，广泛应用于无机、硅酸盐、陶瓷、矿物金属、航天耐温材料等领域。
是无机、有机、特别是高分子聚合物、玻璃钢等方面热分析的重要仪器。
聚合物热重分析课件
影响热分解的因素
聚合物的化学结构、分 子量、添加剂、环境气
氛等。
Hale Waihona Puke 04聚合物热重分析的实验结果 与解析
聚合物热重曲线解析
聚合物热重曲线
记录了聚合物在加热过程中质量随温度的变化情况，是研究聚合 物热稳定性的重要手段。
曲线特征分析
通过分析曲线的起始分解温度、最大分解速率温度和终止分解温度 等特征参数，可以评估聚合物的热稳定性。
原理
在加热过程中，聚合物分子会经历热 解、氧化等反应，导致质量逐渐减小 。通过测量质量随温度的变化，可以 分析聚合物的热稳定性、分解温度等 性质。
聚合物热重分析的应用领域
1 2
3
高分子材料研究
用于研究聚合物的热稳定性、分解机理、热解产物等，为高 分子材料的设计和优化提供依据。
环保领域
用于评估聚合物废弃物在焚烧或填埋过程中的环境影响，如 气体排放和土壤污染。
聚合物热重分析课件
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目录
• 聚合物热重分析概述 • 聚合物热重分析实验技术 • 聚合物热重分析的理论基础 • 聚合物热重分析的实验结果与解
析 • 聚合物热重分析的挑战与展望 • 聚合物热重分析案例研究
01
聚合物热重分析概述
定义与原理
定义
聚合物热重分析是一种通过测量聚合 物样品质量随温度变化的实验方法， 用于研究聚合物的热稳定性和分解行 为。
化学领域
用于研究聚合物的化学反应动力学和反应机理，有助于理解 聚合反应过程和产物性质。
聚合物热重分析的发展历程
20世纪50年代
聚合物热重分析技术开始发展，最初主要用于研究有机化合物的热分解行为。
聚合物的热分析------差示扫描量热法(DSC)
化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称：聚合物的热分析------差示扫描量热法（DSC）年级:2011级材料化学日期：2013-10-17姓名：学号：同组人：一、预习部分1、差热分析差热分析（Differential Thermal Analysis—DTA）法是一种重要的热分析方法，是指在程序控温下，测量物质和参比物的温度差与温度或者时间的关系的一种测试技术。
该法广泛应用于测定物质在热反应时的特征温度及吸收或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应。
广泛应用于无机、有机、特别是高分子聚合物、玻璃钢等领域。
差热分析操作简单，但在实际工作中往往发现同一试样在不同仪器上测量，或不同的人在同一仪器上测量，所得到的差热曲线结果有差异。
峰的最高温度、形状、面积和峰值大小都会发生一定变化。
其主要原因是因为热量与许多因素有关，传热情况比较复杂所造成的。
虽然过去许多人在利用DTA进行量热定量研究方面做过许多努力，但均需借助复杂的热传导模型进行繁杂的计算，而且由于引入的假设条件往往与实际存在差别而使得精度不高，差示扫描热法(简称DSC)就是为克服DTA在定量测量方面的不足而发展起来的一种新技术。
20世纪60年代，差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）被提出，其特点是使用温度范围比较宽，分辨能力和灵敏度高，根据测量方法的不同，可分为功率补偿型DSC和热流型DSC，主要用于定量测量各种热力学参数和动力学参数。
差示扫描量热法是在程序升温的条件下，测量试样与参比物之间的能量差随温度变化的一种分析方法。
差示扫描量热法有补偿式和热流式两种。
在差示扫描量热中，为使试样和参比物的温差保持为零在单位时间所必需施加的热量与温度的关系曲线为DSC曲线。
曲线的纵轴为单位时间所加热量，横轴为温度或时间。
曲线的面积正比于热焓的变化。
DSC与DTA原理相同，但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，而且分辨率和重现性也比DTA好。
【2017年整理】实验7聚合物的热重分析（TGA）
实验7 聚合物的热重分析(TGA)热重分析(TGA)是以恒定速度加热试样，同时连续地测定试样失重的一种动态方法。
此外，也可在恒定温度下，将失重作为时间的函数进行测定。
应用TGA可以研究各种气氛下高聚物的热稳定性和热分解作用，测定水分、挥发物和残渣，增塑剂的挥发性，水解和吸湿性，吸附和解吸，气化速度和气化热；升华速度和升华热，氧化降解，缩聚高聚物的固化程度，有填料的高聚物或掺和物的组成，它还可以研究固相反应。
因为高聚物的热谱图具有一定的特征性，它也可作为鉴定之用。
1. 实验目的（1）了解热重分析法在高分子领域的应用。
（2）掌握热重分析仪的工作原理及其操作方法，学会用热重分析法测定聚合物的热分解温度Td。
2. 实验原理热重分析法(thermogravimetric analysis，TGA)是在程序控温下，测量物质的质量与温度关系的一种技术。
现代热重分析仪一般由4部分组成，分别是电子天平、加热炉、程序控温系统和数据处理系统(微计算机)。
通常，TGA谱图是由试样的质量残余率Y(％)对温度T的曲线(称为热重曲线，TG)和/或试样的质量残余率Y(％)随时间的变化率dY/dt(%/min)对温度T的曲线(称为微商热重法，DTG)组成，见图2－40。
温度/℃图2－40 TGA谱图开始时，由于试样残余小分子物质的热解吸，试样有少量的质量损失，损失率为(100－Y1)％；经过一段时间的加热后，温度升至T1，试样开始出现大量的质量损失，直至T2，损失率达(Y1－Y2)％；在T2到T3阶段，试样存在着其他的稳定相；然后，随着温度的继续升高，试样再进一步分解。
图2－40中T1称为分解温度，有时取C点的切线与AB延长线相交处的温度T1′作为分解温度，后者数值偏高。
TGA在高分子科学中有着广泛的应用。
例如，高分子材料热稳定性的评定，共聚物和共混物的分析，材料中添加剂和挥发物的分析，水分(含湿量)的测定，材料氧化诱导期的测定，固化过程分析以及使用寿命的预测等。
实验17- DSC测定聚合物的Tg和Tm
实验17DSC测定聚合物的T g和T m一、实验目的1．了解差示扫描量热仪（DSC）的原理及仪器装置。
2．掌握使用DSC测试聚合物T g和T m的方法。
二、基本原理材料在加热或冷却过程中，会发生一些物理变化或化学反应，同时产生热效应和质量方面的变化，这是热分析技术的基础。
热分析（Thermal Analysis）即是在程序温度下，测量物质的物理性质与温度的关系的一类技术。
1963年美国Perkin-Elmer公司生产了第一台商业化产品DSC-1，差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）被提出，DSC即在程序温度下，测量输入到物质和参比物的功率与温度（时间）的关系的技术，其特点是使用温度范围比较宽，分辨能力和灵敏度高。
DSC与DTA原理相同，但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，灵敏度和精确度更高，试样用量更少，而且分辨率和重现性也比DTA好。
由于具有以上优点，DSC在聚合物领域获得了广泛应用，DSC可以精确地地测定样品在被加热、冷却或恒温时吸收或放出的能量（热），主要用于测量结晶度、结晶动力学以及聚合、固化、交联氧化、分解等反应的反应热及研究其反应动力学。
按所用的测量方法分为功率补偿DSC（Power-compensation DSC）和热流DSC（Heat Flux DSC）两种。
前者的技术思想是通过功率补偿使试样和参比物的温度处于动态的零位平衡状态；后者的技术思想是要求试样和参比物的温度差与传输到试样和参比物间热流差成正比关系。
功率补偿型DSC的主要特点是试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器，整个仪器由两个控制系统进行监控，其中一个是控制温度，使试样和参比物以预定的程序升温或降温；另一个用于补偿试样和参比物间的温差，不需要复杂的热流方程，因为系统直接测定自样品中流入和流出的能量。
109110图17-1功率补偿式DSC 原理在功率补偿DSC 中，样品和参比材料分别放入各成一体的量热器中，样品与参比物的热容存在差异，或者材料有热效应时，为了维持样品与参比物的动态零温差，输入到样品和参比的功率会有所不同，仪器立即对样品进行功率补偿，从补偿功率可以直接求得热流率：dt dH dt dQ dt dQ W =-=∆r s (1)式中ΔW 为所补偿的功率，Q s 为试样的吸热量，Q r 为参比物的吸热量，dt dH 为热流率（mW ）。
实验一聚合物的差热分析实验
实验一聚合物的差热分析实验一、实验目的1．了解热分析的概念；2．了解DSC的基本原理二、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 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，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。
三．实验仪器与试剂仪器：TA公司Q600 ；铝坩埚；电子天平；镊子；高纯氮气试剂：PP粉末四、实验步骤1. 打开气源；开启仪器主机电源；2.开启电脑主机；找到DSC测试软件并打开；3.设置相关参数，升温速率10℃/min，测试温度范围为室温-300℃；4.对天平进行清零，放置样品，随后开始测试；5.测试结束。
用分析软件打开测试谱图，标注相关数据；10.将数据结果导出，然后关闭电脑和仪器。
五、注意事项1.样品用量为5-10毫克，不宜过多，以免导致峰形扩大和分辨率下降；2.样品的颗粒应尽可能小，并且样品应尽可能增大与坩埚底部的接触面积，以获得较为精确的峰温；六、数据处理标出峰值温度，打印测试曲线，并进行分析。
第五章 聚合物的热解分析
绝对离子流强度 相对离子流强度
二、质谱中的离子
分子离子——样品分子失去一个电子形 成带正电的奇电子离子； 碎片离子——分子离子进一步碎裂，分 子链断裂，形成质量数较低的离子； 同位素离子（C、H、O、N、S、Si……)
三、判别分子离子峰的方法
M e M 2e
分子离子峰质量最大； 比分子离子峰质量小的峰为碎片离子峰，其质量差 是有规律的； 氮规则法则（质量数是偶数、化合价是奇数）；
NH3
六、质谱图的解析
高质量端——确定化合物的分子量 查看分子离子峰的同位素丰度M+1、M+2， 确定组成式 计算不饱和度
= （ 2 + 2 n4 + n3 – n1 ） / 2
取代基的确定
离子碎片（M-15：-CH3；M-16：NH2、 O……)
质谱分析
有机化合物
热解分析方法分类： 1. 不经分离直接测定高聚物裂解产物：有机质谱（MS）和裂解傅里叶 变换红外光谱法(Py-FTIR)； 2. 把裂解产物分离成单个组分进行测定：包括裂解气相色谱（PGC）、 PGC-MS、PGC-FTIR联用等。
5.2 聚合物热裂解的一般模式
400-900℃瞬间裂解，裂解反应分三步： （1）引发反应 （2）降级逆增长或自由基转移 （3）链终止-反应停止
5.3 质谱
在高真空的状态下，用高能量的电子轰击样品的蒸气分子，打 掉分子中价电子，形成带正电荷的离子，然后按质量与电荷之 比（质荷比）依次收集这些离子，得到离子强度随质荷比变化 的谱图，即质谱。 对样品离子的质量和强度的测定来进行成分和结构分析的一种
聚合物的差热分析及应用实验报告
聚合物的差热分析及应⽤实验报告实验六聚合物的差热分析及应⽤差热分析是在温度程序控制下测量试样与参⽐物之间的温度差随温度变化的⼀种技术，简称DTA（Differential ThermaI Analysis），是热分析法的⼀种。
在DTA基础上发展起来的另⼀种技术是差⽰扫描量热法。
差⽰扫描量热法是在温度程序控制下测量试祥相对于参⽐物的热流速度随温度变化的⼀种技术，简称DSC（Differential Scanning Calorimetry）。
试样在受热或冷却过程中，由于发⽣物理变化或化学变化⽽产⽣热效应，这些热效应均可⽤DTA、DSC进⾏检测。
DTA、DSC在⾼分⼦科学领域⽅应⽤⼗分⼴泛。
⽐如在研究聚合物的相转变；测定结晶温度T c、熔点T m、结晶度X D、等温结晶动⼒学参数；测定玻璃化转变温度T g；研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应；测定反应温度或反应温区、反应热、反应动⼒学参数等⽅⾯均发挥重要作⽤。
⼀、实验⽬的与要求1、掌握DTA、DSC的基本原理。
2、学会⽤DTA、DSC的测定聚合物的T g、T c、T m、X D。
⼆、实验原理1、差热分析（DTA）差热分析是对少量试样的热效应所进⾏的仪器分析技术（图6－1 DTA⽰意图）。
图6-1 DTA⽰意图S—试样；R—参⽐物；E—电炉；1—温度程序控制器；2—⽓氛控制；3—差热放⼤器；4—记录仪图6-2 DTA曲线当试样与参⽐物（在所研究的温度范围内不发⽣热效应的物质，常⽤的有⽯英粉、硅油、α－氧化铝等）分别放在两个坩埚内，再将两个坩埚放在同⼀⾦属板的两个托盘上，然后将它们置于加热炉中，加热炉按程序控制等速升温（或降温），在此变温过程中，试样如果没有热效应，则与参⽐物之间的温差ΔT= 0；若在某⼀温度范围内，试样发⽣变化时，则放出或吸收能量，这种热效应将使试样温度改变，⽽此时参⽐物并⽆温度变化，即导致温差ΔT 发⽣。
如⽤热电偶测量并放⼤热电势信号、记录，可得图6-2所⽰DTA峰形曲线。
实验六 热重法测聚合物的热稳定性
实验六热重法(TG)测聚合物的热稳定性一、实验目的1. 理解和掌握热重法(TG)的基本原理和操作。
2. 用TG进行聚合物的热稳定性测定。
二、实验原理1. 热重法简介热重法(Thermogravimetry)简称TG，是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种技术。
数学表达式为：W＝f(T或t)当然该法也包括在恒温条件下，测量物质的质量与时间的关系。
热重法通常有动态(升温)和静态(恒温)之分，但除非确有需要，一般不必再作说明。
多指在等速升温下进行，这样可在较短的时间观察物质在很宽温度范围的质量变化情况。
这里之所以定义为质量变化，是出于注意到如下的实验事实，即在磁场作用下，强磁性材料当达到居里点时，尽管并无实际上的重量变化(即无质量变化)，却有表现失重，而热重法是指观测试样在受热过程的实质上的质量变化。
2．热重分析仪热重分析仪由加热器、温度控制器、微量热天平、放大器、记录仪等组成，如图6-1 所示。
目前的热分析仪多是电磁式微量热天平。
它不仅样品用量少，而且灵敏度很高，使用也方便可靠。
HCT 系列微机差热天平为微机化的TG-DTA-DSC分析仪，它可以对微量试样进行热重、差热分析。
2.1 热重测量系统：本仪器的测量系统采用上皿、不等臂、吊带式天平、光电传感器，带有微分、积分校正的测量放大器，电磁式平衡线圈以及电调零线圈等。
当天平因试样质量变化而出现微小倾斜时，光电传感器就产生一个相应极性的信号送到，测重放大器，测重放大器输出0-5 伏信号，经过A/D 转换,送入计算机进行绘图处理。
2.2 温度测量系统：测温热电偶输出的热电势，先经过热电偶冷端补偿器，补偿器的热敏电阻装在天平主机内。
经过冷端补偿的测温电偶热电势由温度放大器进行放大，送入计算机，计算机自动将此热电势的毫伏值变换成摄氏温度。
2.3 试样与参比物试样一般用100-300 目之粉末，聚合物可切成碎块或碎片，纤维状试样可截成小段或绕成小球，金属试样可加工成碎块或小粒，试样量一般不超过坩锅容积的五分之四，对于加热时发泡试样不超过坩锅容积的二分之一或更少，或用氧化铝粉沫稀释，以防止发泡时溢出坩埚，污染热电偶。
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1.3 TGA典型谱图简析（2）
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1.3 TGA典型谱图简析（3）
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1.4 TGA在高分子材料研究中的应用
⑴高分子材料热稳定性的评定 ⑵高分子材料的添加剂的分析 ⑶高分子材料的共聚物和共混物的分析 ⑷高分子材料中挥发物的分析 ⑸高分子材料中水分（含湿量的测定） ⑹高分子材料固化过程分析 ⑺高分子材料氧化诱导期的测定 ⑻高分子材料热分解动力学研究
应用实例（1）
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应用实例（2）
尼龙碳黑母粒中碳黑含量的确定
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应用实例（3）
增塑剂的作用
PVB
PVB+增塑剂 萃取后
PVB+增塑剂
300
400
500
T (0C)
应用实例（4）
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DSC）
差热分析（Differential Thermal Analysis DTA）(灵 敏度、分辨率、重现性)
热机械分析（Thermomechanical Analysis TMA） 动态热机械分析（Dynamic Mechanical Analysis
DMA)
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1 热重法 TG 2 等压质量变化测定 3 逸出气检测 EGD
4 逸出气分析 EGA 5 放射热分析
6 热微粒分析
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3 常用的热分析法
热重法 （Thermogravimetry TG） 差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry
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2.1 DSC 基本原理
DSC的定义 在程序温度控制下，测量输入给样品和参比物
之间的功率差随温度或时间变化的一种技术.
基本知识
1 高聚物的分子量分布 2 高聚物的几个状态 3 高聚物的熔融和结晶
高聚物的松弛效应
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Heat Flux DSC
Power Compensation DSC
What’s the difference?
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热流法
在给予样品和参比相同的功率下，测定样品和参比两端 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。
功率补偿法
对TGA而言，性质指质量 对DSC而言，性质是热量（样品被加热、冷却、或
恒温时熔融、结晶、固化、化学反应过程中伴随 的热、相转变热，比热 等）
对DMA而言，性质指力学特性,如测聚合物的粘弹性，
模量（应力/应变）等
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1 热重分析法
Thermgravimertry Analysis 简称 TGA
3 试样的影响 ①试样的粒度 ②试样的质量
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Weight loss %
1.3 TGA典型聚合物谱图简析（1）
100
80
60
40
20
0 0 100 200 300 400 500 600 700 800
T/oC
100~150℃： 水及吸附的小分子物
质 250~350℃： 高分子侧链断裂 350~500℃： 高分子主链断裂 500℃以上： 添加剂或灰分
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SJTU
热分析技术及其在高分子 材料研究中的应用
2015.03.
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热分析技术简介
目
TGA
录 DSC
DMA
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热分析技术简介
1 定义
在程序控制温度下，测量物质 的物理性质与温度或时间关系的一 类技术.
应用实例（5）
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应用实例（6）
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2 差示扫描量热法
Differetial Scanaing Calorimetry
1 2.1 基本原理 2 2.2 实验操作及影响因素 3 2.3 DSC谱图简析 4 2.4 DSC在材料分析中的应用
1 1.1 基本原理
2 1.2 实验操作及影 响 因素 3 2.3 TGA谱图简析 4 2.4 TGA在材料分析中的应用
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实物图示
The Pyris TGA 7
Q5000 TGA
The Pyris 1 TGA
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1.1 基本原理
气路系统 （两路）
2.1 基本原理
气路系统
数据处理 打印系统
DSC主机(主机 程序控温系统)
尾气排放 系统
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Sample
Platinum Alloy PRT Sensor
Platinum Resistance Heater
Heat Sink
Reference
Thermocouples Furnace
在样品和参比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两端所需的能量差，并直接作为信号 Q（热量差）输出。
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Q2000DSC
Q 2000 DSC
上海பைடு நூலகம்通大学化学化工学院分析测试中心
2.2 实验操作及影响因素
1.实验条件的影响
⑴ 扫描速度 ⑵样品形状和量、样品位置的影响 ⑶冲洗气流速和种类 ⑷冷却条件
气体切换器
TGA主机(热天平 及程序控温系统)
数据处理 打印系统
尾气排放 系统
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1.2 实验操作及影响因素
1 仪器的影响 ①浮力（表观增重） ②对流 ③挥发物的冷凝 ④测量温度误差
2 实验条件的影响 ①升温速率 ②热天平灵敏度
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2 热分析分 类
质量 温度 热量 尺寸 力学特性 声学特性 光学特性 电学特性 磁学特性
10 热膨胀法 9 差示扫描量热法 DSC
7 升温曲线测定 8 差热分析 DTA
13 热发声法
15 热光学法 16 热电学法
14 热传声法
17 热磁学法
11 热机械分析TMA 12 动态热机械法 DMA