差示掃描量熱儀

儀器簡(jiǎn)介

差示掃描量熱法（DSC）這項(xiàng)技術(shù)一直被廣泛應(yīng)用。差示掃描量熱儀既是一種例行的質(zhì)量測(cè)試工具，也是一個(gè)研究工具。測(cè)量的是與材料內(nèi)部熱轉(zhuǎn)變相關(guān)的溫度、熱流的關(guān)系。我公司的儀器為熱流型差示掃描量熱儀，具有重復(fù)性好、準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)，特別適合用于比熱的精確測(cè)量。該設(shè)備易于校準(zhǔn)，使用熔點(diǎn)低，快速可靠，應(yīng)用范圍非常廣，特別是在材料的研發(fā)、性能檢測(cè)與質(zhì)量控制上。材料的特性，如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、冷結(jié)晶、相轉(zhuǎn)變、熔融、結(jié)晶、產(chǎn)品穩(wěn)定性、固化/交聯(lián)、氧化誘導(dǎo)期等，都是差示掃描量熱儀的研究領(lǐng)域。

差示掃描量熱儀應(yīng)用范圍有: 高分子材料的固化反應(yīng)溫度和熱效應(yīng)、物質(zhì)相變溫度及其熱效應(yīng)測(cè)定、高聚物材料的結(jié)晶、熔融溫度及其熱效應(yīng)測(cè)定、高聚物材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等。實(shí)驗(yàn)對(duì)象為：固態(tài)、液態(tài)、粘稠試樣，除了氣體。

將試樣和參比物分別放入坩堝，置于爐中進(jìn)行程序加熱，改變?cè)嚇雍蛥⒈任锏臏囟取Ｈ魠⒈任锖驮嚇拥臒崛菹嗤嚇佑譄o(wú)熱效應(yīng)時(shí)，則二者的溫差近乎為“零”，此時(shí)得到一條平滑的曲線。隨著溫度的增加，試樣產(chǎn)生了熱效應(yīng)，而參比物未產(chǎn)生熱效應(yīng)，二者之間就產(chǎn)生了溫差，在DTA曲線中表現(xiàn)為峰，溫差越大，峰也越大，溫差變化次數(shù)越多，峰的數(shù)目也越多。峰頂向上的峰稱為放熱峰，峰頂向下的峰稱為吸熱峰。

下圖為典型的DSC曲線，圖中表現(xiàn)出四種類型的轉(zhuǎn)變：

                                     Ⅰ為二級(jí)轉(zhuǎn)變，是水平基線的改變

                                     Ⅱ?yàn)槲鼰岱澹怯稍嚇拥娜廴诨蛉刍D(zhuǎn)變引起的

                                     Ⅲ為吸熱峰，是由試樣的分解或裂解反應(yīng)引起的

  Ⅰ   Ⅱ    Ⅲ       Ⅳ         Ⅳ為放熱峰，這是試樣結(jié)晶相變的結(jié)果

        溫度系數(shù)→

儀器原理

物質(zhì)在物理變化和化學(xué)變化過(guò)程中往往會(huì)伴隨著熱效應(yīng)，放熱和吸熱現(xiàn)象反映了物質(zhì)熱焓的變化。差熱分析儀就是測(cè)定在同一受熱條件下，測(cè)量試樣與參比物之間溫差對(duì)溫度或時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。

差示掃描量熱法，是在程序控制溫度的情況下，測(cè)量輸出物質(zhì)與參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。我公司儀器為熱流型差示掃描量熱儀，縱坐標(biāo)是試樣與參比物的熱流差，單位為mJ/s。橫坐標(biāo)是時(shí)間（t）或者溫度（T），自左向右為增長(zhǎng)（不符合此規(guī)定應(yīng)注明）。

試樣與參比物放入坩堝后，按一定的速率升溫，如果參比物和試樣熱容大致相同，就能得到理想的掃描量熱分析圖。 

圖中T是由插在參比物上的熱電偶所反映的溫度曲線。AH線反應(yīng)試樣與參比物間的溫差曲線。如果試樣無(wú)熱效應(yīng)發(fā)生，那么試樣與參比物間△T=0，則出現(xiàn)如曲線上AB、DE、GH那樣平滑的基線。當(dāng)有熱效應(yīng)發(fā)生而使試樣的溫度低于參比物，則出現(xiàn)如BCD向下的吸熱峰。反之，則出現(xiàn)向上的EFG放熱峰。

圖中峰的數(shù)目多少、位置、峰面積、方向、高度、寬度、對(duì)稱性反映了試樣在所測(cè)溫度范圍內(nèi)所發(fā)生的物理變化和化學(xué)變化的次數(shù)、發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度范圍、熱效應(yīng)的大小和正負(fù)。峰的高度、寬度、對(duì)稱性除與測(cè)試條件有關(guān)外還與樣品變化過(guò)程中的動(dòng)學(xué)因素有關(guān)，所測(cè)得的結(jié)果比理想曲線復(fù)雜得多。

儀器特點(diǎn)

1.全新的爐體結(jié)構(gòu)，更好的解析度和分辨率以及基線穩(wěn)定性；

2.數(shù)字式氣體質(zhì)量流量計(jì)，精確控制吹掃氣體流量，數(shù)據(jù)直接記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中；

3.儀器可采用雙向控制（主機(jī)控制、軟件控制），界面友好，操作簡(jiǎn)便。

軟件說(shuō)明

軟件有兩個(gè)界面，圖2.1為軟件初始界面，用于測(cè)量氧化誘導(dǎo)期。點(diǎn)擊快捷菜單上的按鍵即可打開(kāi)另一界面，用于測(cè)量熔點(diǎn)（熱焓）、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、儀器系數(shù)、結(jié)晶度等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要可選擇其一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖2.1

如下圖2.2、圖2.3分別為兩個(gè)界面中【數(shù)據(jù)分析】欄下拉選項(xiàng)細(xì)節(jié)：

              圖2.2                            圖2.3

軟件細(xì)節(jié)說(shuō)明

菜單欄  

快捷菜單

                                                                                                                                                           對(duì)應(yīng)功能如下：

打開(kāi)  保存  打印  生成   開(kāi)始  停止 清屏   氧化   DSC  鏡像   幫助   退出

                  報(bào)告                    誘導(dǎo)期  -temp

實(shí)驗(yàn)信息欄：

其中，溫度、DSC、時(shí)間、通氧時(shí)間不可填改，升溫速率、氣氛、名稱、質(zhì)量、系數(shù)可以直接填寫。

氧化誘導(dǎo)期測(cè)量

氧化誘導(dǎo)時(shí)間（OIT）是測(cè)定式樣在高溫（200℃）氧氣條件下開(kāi)始發(fā)生自動(dòng)催化氧化反應(yīng)的時(shí)間，是衡量材料在成型加工、儲(chǔ)存、焊接和使用中耐熱降解能力的指標(biāo)。氧化誘導(dǎo)期(簡(jiǎn)稱OIT)方法是一種采用差熱分析法（DTA）以塑料分子鏈斷裂時(shí)的放熱反映為依據(jù)，測(cè)試塑料在高溫氧氣中加速老化程度的方法。其原理是將塑料式樣與惰性參比物（如氧化鋁）置于差熱分析儀中，使其在一定溫度下用氧氣迅速置換式樣室內(nèi)的惰性氣體（如氮?dú)猓y(cè)試由于式樣氧化而引起的DTA曲線（差熱譜）的變化，并獲得氧化誘導(dǎo)期（時(shí)間）OIT（min),以評(píng)定塑料的防熱老化性能。

氧化誘導(dǎo)期法是一種靈敏的加速試驗(yàn)方法，聚合物在高溫氧氣中抗氧劑*消耗時(shí)，氧化反應(yīng)迅速并大量放熱，用差示掃描量熱儀（DSC）很容易測(cè)定放熱峰起始點(diǎn)，從而用時(shí)間定量表征了解氧化降解的程度。圖7.1中，A1時(shí)，儀器自動(dòng)切換氣體，將氮?dú)馇袚Q為氧氣，該點(diǎn)為通氧起點(diǎn)，開(kāi)始計(jì)算所測(cè)試樣的氧化誘導(dǎo)時(shí)間。溫度恒定階段的DSC曲線沿水平方向延長(zhǎng)的線與放熱峰上升沿大斜率點(diǎn)切線相交點(diǎn)處為A2，A1A2為氧化誘導(dǎo)期。

圖7.1

操作步驟

1. 首先打開(kāi)凈化氣體，氣體流量控制在120ml/min左右。氣氛一般選用氮?dú)狻⒑狻鍤獾榷栊詺怏w，有些試樣也可在空氣氣氛中進(jìn)行。

2. 打開(kāi)電腦，將儀器數(shù)據(jù)線與電腦連接，插上儀器電源，打開(kāi)儀器背面的開(kāi)關(guān)。

3. 打開(kāi)軟件，在氧化誘導(dǎo)期界面進(jìn)行測(cè)量。

4. 點(diǎn)擊菜單欄中【設(shè)置】選項(xiàng)，單擊【通信連接】，顯示連接成功后，儀器即與電腦連接。

5. 在菜單欄中【設(shè)置】選項(xiàng)，選擇【參數(shù)設(shè)置】，出現(xiàn)如圖7.2所示對(duì)話框，截止溫度為200℃，升溫速率為20℃/min，恒溫時(shí)間為200min。點(diǎn)擊“設(shè)置”后退出。

圖7.2

6. 根據(jù)需要制備參比樣品，一般采用空坩堝做參比，也可以采用惰性物質(zhì)。

7. 秤取適量樣品，一般為10~20mg，放置于坩堝中。

8. 打開(kāi)DSC爐體（保證為室溫），用鑷子將盛有試樣的坩堝置于爐體中試樣托盤上，另取一相同的空坩堝置于參比托盤上，用作參比。蓋上爐蓋。

9. 點(diǎn)擊快捷菜單中開(kāi)始鍵，儀器即開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。

10. 試驗(yàn)過(guò)程中，儀器會(huì)自動(dòng)將凈化氣體切換為氧氣，當(dāng)出現(xiàn)“啪”聲后，緩慢調(diào)節(jié)流量計(jì)，將氧氣流量控制在120mL/min。當(dāng)DSC曲線達(dá)*放熱速率（即DSC曲線的拐點(diǎn)）后至少再持續(xù)幾分鐘，直到呈現(xiàn)明顯放熱效應(yīng)，即可點(diǎn)擊快捷菜單上停止鍵，停止實(shí)驗(yàn)。

11. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后點(diǎn)擊快捷菜單上保存按鍵，先將試驗(yàn)數(shù)據(jù)保存，以免數(shù)據(jù)丟失。

12. 處理數(shù)據(jù)時(shí)，點(diǎn)擊快捷菜單上打開(kāi)按鍵，打開(kāi)需要處理的曲線數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊菜單欄中氧化誘導(dǎo)期按鍵，出現(xiàn)圖7.3所示對(duì)話框，點(diǎn)擊“確定”，曲線變化前在基線上取兩點(diǎn)，出現(xiàn)圖7.4所示對(duì)話框，點(diǎn)擊“否”，出現(xiàn)圖7.5所示對(duì)話框，在曲線上明顯變化處取兩點(diǎn)，出現(xiàn)圖7.4所示對(duì)話框，點(diǎn)擊“否”，若取點(diǎn)錯(cuò)誤，可在圖7.4時(shí)選“是”，重新取點(diǎn)。

圖7.3                  圖7.4                圖7.5

13. 如圖7.6為某試樣的氧化誘導(dǎo)期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，上方的曲線為溫度曲線，下方為試樣氧化誘導(dǎo)期曲線，該試樣的氧化誘導(dǎo)期Oit=66.97min。

圖7.6

裝箱清單

備注：如需要其它配件另行商議