2. 差示扫描量热法测定聚合物Tg、Tm、结晶度

差示扫描量热法测定聚合物Tg、Tm、结晶度

一、实验目的

2、了解DSC法测定T g、T m、结晶度的基本原理。

3、熟悉DSC Q20型差示扫描量热仪的操作。

4、掌握DSC法测定聚合物T g、T m、结晶度的实验技术。

二、实验原理

示差扫描量热法（DSC）指在相同的程控温度变化下，用补偿器测量样品与参比物之间的温差保持为零所需热量对温度T的依赖关系。DSC谱图的的纵坐标为单位质量的功率(mW/g)。

示差热分析利用了装置在试样和参比物下面的两组补偿加热丝，当试样在加热过程中由于热反应而出现温度差△T时，通过差热放大和差动热量补偿使流入补偿丝的电流发生变化。

当试样吸热时，补偿使试样一边的电流(Is)立即增大；反之，在试样放热时则是参比物一边的电流增大，直至两边热量平衡，温度△T差消失为止。

试样在热反应时发生的热量变化，由于及时输入电功率而得到补偿，补偿的功率则反应了对应转变发生的程度，能定量表达。

升温曲线（heating)：

当温度达到玻璃化转变温度时，样品的热容增大，需要吸收更多的热量，基线发生位移，玻璃化转变一般都表现为基线的转折（向吸热方向）；如果样品能够结晶，并且处于过冷的非晶状态，那么在T g以上可以进行结晶，结晶是放热过程，会出现一个放热锋（T c）；进一步升温，晶体熔融（吸热过程），出现吸热峰，对应熔点（T m）；再进一步升温，样品可能发生氧化、交联反应而出现热效应，最后样品也会发生分解，DSC一般不进行熔融以后的测试。

结晶度：

样品测得的熔融热；

样品100%结晶的熔融热（PET为140J/g or 26.9KJ/mol，PP为207J/g or 8.7KJ/mol）

三、实验试剂和仪器

1、主要实验试剂

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）粒料

等规聚丙烯（PP）粒料

2、主要实验仪器

DSC Q20型差示扫描量热仪

1、试样制备

取PET或PP样品5-10mg称重后放入铝坩埚中，用铝坩埚盖盖好，压紧，并用钢针在坩埚上扎一个

洞，防止样品溅出而污染样品室。

2、DSC测试

（1）将样品坩埚放在样品室外侧（里侧为参比坩埚）；

（2）使用DSC Q20差示扫描量热仪进行测试；

（3）打开测试软件，点击“文件”菜单中的“新建”进入编程文件。

3、实验步骤：

基本设置：

首先点击“Summary”，Mode选择“Standard”，test选择“Custom”，在Sample Name后输入待测样品名，在Pan Type选择样品盘的类型(一般选用Tzero Aluminum)，在Sample输入样品重量，点Date File Name后的图标，输入数据保存路径，注意文件名不能是中文及特殊字符，数据必须保存在C盘→TA文件夹→Data文件夹→ZYB→输入文件名（学号-样品名称）→点击“OK”。

温度程序：

①样品名称：PET

点击“Procedure”，在Test中选择“Custom”，点击“Editor”,会出现方法编辑器。点击自己需要的程序段：

初始等待（Equilibrate）→等待温度30℃；

动态（Ramp）→终止温度290℃，升温速率30℃/min（升温段）；

恒温（Isothermal）→恒温温度290℃，恒温时间5min（恒温段）；

动态（Ramp）→终止温度40℃，降温速率30℃/min（降温段）；

其中Equilibrate为初始等待，Ramp为动态的升降温，Isothermal为恒温。根据以上要求编辑程序栏中的步骤，不用的步骤请用红色“×”删除。最后点击“OK”。

点击“Notes”，在Sample中选择“#1-Nitrogen”flow 输入50，最后点击“Apply”。

②样品名称：PP

点击“Procedure”，在Test中选择“Custom”，点击“Editor”,会出现方法编辑器。点击自己需要的程序段：

初始等待（Equilibrate）→等待温度30℃；

动态（Ramp）→终止温度230℃，升温速率30℃/min（升温段）；

恒温（Isothermal）→恒温温度230℃，恒温时间5min（恒温段）；

动态（Ramp）→终止温度40℃，降温速率30℃/min（降温段）；

其中Equilibrate为初始等待，Ramp为动态的升降温，Isothermal为恒温。根据以上要求编辑程序栏中的步骤，不用的步骤请用红色“×”删除。最后点击“OK”。

点击“Notes”，在Sample中选择“#1-Nitrogen”flow 输入50，最后点击“Apply”。

测试开始：

完成以上的所有输入后，将称好的样品装入样品盘中并放入炉内的样平台上（外侧），将三层盖子盖好。点击绿色启动按钮，程序开始运行，DSC主机橙色灯亮起。观察温度Temperature在40℃以内，可以取出坩埚，换其他样品继续重复以上步骤。

五、实验结果与讨论

1、简述差示扫描量热法（DSC）的原理，列举DSC在材料研究中的应用，玻璃化转变温度、结晶温度和熔点如何获得？

2、DSC测试对样品的要求？影响测试结果的因素有哪些？

3、简述升温过程中材料内部所发生的变化