差示扫描量热法在高分子材料分析测试中的应用

应用差示扫描量热法可以测定高分子材料的玻璃化转变、熔融、结晶、熔融热、结晶热以及共熔温度和纯度，还可以进行高分子材料的鉴别，研究多晶型及相容性，测定高分子材料的热稳定性、氧化稳定性、反应动力学、热力学函数及液相/固相比例及比热等。

图7―11为PET的典型DSC测量图谱，可以看到玻璃化转变（Tg）、冷结晶和熔融，并且可以通过峰的面积算出结晶吸收的热量和熔融放出的热量以及该PET的结晶度。

图7―11　PET的典型DSC测量图谱

结晶度/%=（A1—A2）/结晶材料的理论熔融热焓×100%。在实际应用中可在DSC分析软件中直接点击计算结晶度按钮即可算出结晶度，其他如玻璃化转变温度、相变热焓等参数也可用软件直接求得。

在应用差示扫描量热法研究高分子材料时一般都需要进行二次升温才能得到更准确的结果，因为高分子材料的DSC曲线受众多因素影响，第一次升温得到的是叠加了热历史（如冷却结晶、应力、固化等）与其他因素（水分、添加剂等）的原始材料的性质，测出的材料参数有如下性质：玻璃化转变在转变区域往往伴随有应力松弛峰，所以如果是热固性树脂，若未完全固化，第一次升温Tg较低，伴有不可逆的固化放热峰；对部分结晶材料可计算室温下的原始结晶度；而吸水量大的样品（如纤维等）往往伴有水分挥发吸热峰，可能掩盖样品的特征转变。(www.xing528.com)

采取冷却后第二次升温可以得到更多的材料信息。对于单个样品采用不同的冷却过程（如线性冷却、等温结晶及淬冷等）研究冷却条件对结晶度、玻璃化转变温度、熔融过程等的影响；对于多个样品使用相同的冷却条件（使样品拥有相同的热历史）比较材料在同等热历史条件下的性能差异。而且二次升温消除了应力松弛峰，玻璃化转变曲线形状典型而规整；热固性树脂（未完全固化）的玻璃化温度一般会提高；部分结晶材料：经过特定冷却条件（结晶历史）研究结晶度、晶体熔程/熔融热焓与结晶历史关系；易吸水样品：消除了水分的干扰，得到样品的真实转变曲线；横向样品比较，消除了热历史的影响，有利于比较样品的性能差异。图7―12为聚酯P9520—034的DSC曲线，很明显第二次升温得到的DSC曲线玻璃化转变更为典型规整。图7―13为部分固化的环氧树脂的DSC测量图谱，由图知，第二次升温得到的DSC曲线玻璃化转变温度升高，曲线典型规整。

图7―12　聚酯P9520—034的DSC测量图谱

图7―13　聚酯环氧树脂的DSC测量图谱

当然如果测试时更关注样品原始的信息则只要一次升温即可，如果希望消除热历史或力学历史或各样品在相同的起点上进行本身性能的比较则需要二次升温，要注意根据不同情况选择合适的降温条件。