聚合物的熱分析------差示掃描量熱法(dsc)

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1、化學(xué)化工學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：聚合物的熱分析------差示掃描量熱法（DSC）年級(jí):2011級(jí)材料化學(xué)日期：2013-10-17姓名：學(xué)號(hào)：同組人：一、預(yù)習(xí)部分1、差熱分析差熱分析（DifferentialThermalAnalysis—DTA）法是一種重要的熱分析方法，是指在程序控溫下，測(cè)量物質(zhì)和參比物的溫度差與溫度或者時(shí)間的關(guān)系的一種測(cè)試技術(shù)。該法廣泛應(yīng)用于測(cè)定物質(zhì)在熱反應(yīng)時(shí)的特征溫度及吸收或放出的熱量，包括物質(zhì)相變、分解、化合、凝固、脫水、蒸發(fā)等物理或化學(xué)反應(yīng)。廣泛應(yīng)用于無(wú)機(jī)、有機(jī)、特別是高分子聚合物、玻璃鋼等領(lǐng)域。差熱分析操作簡(jiǎn)單，但在實(shí)際工作中往往發(fā)現(xiàn)同一

2、試樣在不同儀器上測(cè)量，或不同的人在同一儀器上測(cè)量，所得到的差熱曲線結(jié)果有差異。峰的最高溫度、形狀、面積和峰值大小都會(huì)發(fā)生一定變化。其主要原因是因?yàn)闊崃颗c許多因素有關(guān)，傳熱情況比較復(fù)雜所造成的。雖然過(guò)去許多人在利用DTA進(jìn)行量熱定量研究方面做過(guò)許多努力，但均需借助復(fù)雜的熱傳導(dǎo)模型進(jìn)行繁雜的計(jì)算，而且由于引入的假設(shè)條件往往與實(shí)際存在差別而使得精度不高，差示掃描熱法(簡(jiǎn)稱DSC)就是為克服DTA在定量測(cè)量方面的不足而發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)。20世紀(jì)60年代，差示掃描量熱法（DifferentialScanningCalorimetry，DSC）被提出，其特點(diǎn)是使用溫度范圍比較寬，分辨能力和靈

3、敏度高，根據(jù)測(cè)量方法的不同，可分為功率補(bǔ)償型DSC和熱流型DSC，主要用于定量測(cè)量各種熱力學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)。差示掃描量熱法是在程序升溫的條件下，測(cè)量試樣與參比物之間的能量差隨溫度變化的一種分析方法。差示掃描量熱法有補(bǔ)償式和熱流式兩種。在差示掃描量熱中，為使試樣和參比物的溫差保持為零在單位時(shí)間所必需施加的熱量與溫度的關(guān)系曲線為DSC曲線。曲線的縱軸為單位時(shí)間所加熱量，橫軸為溫度或時(shí)間。曲線的面積正比于熱焓的變化。DSC與DTA原理相同，但性能優(yōu)于DTA，測(cè)定熱量比DTA準(zhǔn)確，而且分辨率和重現(xiàn)性也比DTA好。由于具有以上優(yōu)點(diǎn)，DSC在聚合物領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，大部分DAT應(yīng)用領(lǐng)域都可以

4、采用DSC進(jìn)行測(cè)量，靈敏度和精確度更高，試樣用量更少。由于其在定量上的方便更適于測(cè)量結(jié)晶度、結(jié)晶動(dòng)力學(xué)以及聚合、固化、交聯(lián)氧化、分解等反應(yīng)的反應(yīng)熱及研究其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。2、DSC的工作原理DSC和DTA的曲線模式基本相似。它們都是以樣品在溫度變化時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng)為檢測(cè)基礎(chǔ)的，由于一般的DTA方法不能得到能量的定量數(shù)據(jù)。于是人們不斷地改進(jìn)設(shè)計(jì)，直到有人設(shè)計(jì)了兩個(gè)獨(dú)立的量熱器皿的平衡。從而使測(cè)量試樣對(duì)熱能的吸收和放出（以補(bǔ)償對(duì)應(yīng)的參比基準(zhǔn)物的熱量來(lái)表示）成為可能。這兩個(gè)量熱器皿都置于程序控溫的條件下。采取封閉回路的形式，能精確、迅速測(cè)定熱容和熱焓，這種設(shè)計(jì)就叫做差示掃描量熱計(jì)。DSC體系可分

5、為兩個(gè)控制回路。一個(gè)是平均溫度控制回路，另一個(gè)是差示溫度控制回路。在平均溫度控制回路中，由程序控溫裝置中提供一個(gè)電信號(hào)，并將此信號(hào)于試樣池和參比池所需溫度相比較，與之同時(shí)程度控溫的電信號(hào)也接到記錄儀進(jìn)行記錄?，F(xiàn)在看一下程序溫度與兩個(gè)測(cè)量池溫度的比較和控制過(guò)程。比較是在平均放大器內(nèi)進(jìn)行的，程序信號(hào)直接輸入平均放大器，而兩個(gè)測(cè)量池的信號(hào)分別由固定在各測(cè)量池上的鉑電阻溫度計(jì)測(cè)出，通過(guò)平均溫度計(jì)算器加以平均后，再輸入平均溫度放大器。經(jīng)比較后，如果程序溫度比兩個(gè)測(cè)量池的平均溫度高，則由放大器分別輸入更多的電功率給裝在兩個(gè)測(cè)量池上的獨(dú)立電熱器以提高它們的溫度。反之，則減少供給的電功率，把它們的溫

6、度降到與程序溫度相匹配的溫度。這就是溫度程序控制過(guò)程。DSC與DTA所不同的是在測(cè)量池底部裝有功率補(bǔ)償器和功率放大器。因此在示差溫度回路里，顯示出DSC和DTA截然不同的特征，兩個(gè)測(cè)量池上的鉑電阻溫度計(jì)除了供給上述的平均溫度信號(hào)外，還交替地提供試樣池和參比池的溫度差值△T。輸入溫度差值放大器。當(dāng)試樣產(chǎn)生放熱反應(yīng)時(shí)，試樣池的溫度高于參比池，產(chǎn)生溫差電勢(shì)，經(jīng)差熱放大器放大后送入功率補(bǔ)償放大器。在補(bǔ)償功率作用下，補(bǔ)償熱量隨試樣熱量變化，即表征試樣產(chǎn)生的熱效應(yīng)。因此實(shí)驗(yàn)中補(bǔ)償功率隨時(shí)間（溫度）的變化也就反映了試樣放熱速度（或吸熱速度）隨時(shí)間（溫度）的變化，這就是DSC曲線。它與DTA曲線基本

7、相似，但其縱坐標(biāo)表示試樣產(chǎn)生熱效應(yīng)的速度（熱流率），單位為毫卡（毫焦）/秒，橫坐標(biāo)是時(shí)間或溫度，即dH/dt—t（時(shí)間或溫度T）曲線（見(jiàn)圖6-2）。圖6-2dH/dt—t（時(shí)間或溫度T）曲線同樣規(guī)定吸熱峰向下，放熱峰向上，對(duì)曲線峰經(jīng)積分，可得試樣產(chǎn)生的熱量△H。3、DSC在高聚物研究中的應(yīng)用DSC方法以其優(yōu)越的熱量定量性能，在高聚物研究中發(fā)展極為迅速，而且已經(jīng)成為高聚物常規(guī)測(cè)試和基本研究手段，應(yīng)用面較廣，但限于篇幅，在此只將主要方面加以簡(jiǎn)介。1、高聚物玻璃