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TA FAQs【04】| 助力您了解您的熱分析儀

來(lái)源:日立分析儀器(上海)有限公司   2025年03月07日 10:25  

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用DSC或DTA讀取熔融溫度和玻璃化溫度時(shí),應(yīng)讀取哪個(gè)部分的溫度,如何讀???

DSC或DTA可測(cè)量相變溫度(如熔融,結(jié)晶或玻璃化)以及化學(xué)反應(yīng)(如熱固化反應(yīng))的起始和終止溫度等。關(guān)于使用DSC和DTA測(cè)量和分析熔融,結(jié)晶,玻璃化等的方法,ISO,ASTM,JIS或 IPC等各種測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中已有規(guī)定,建議在分析方法上盡量遵守這些標(biāo)準(zhǔn)。


 

   01

熔融溫度Tm


用DSC或DTA測(cè)量熔融現(xiàn)象就意味著“結(jié)晶”塌縮變成“非晶”的過(guò)程。在通過(guò)熔融峰讀取熔融溫度的方法中,“結(jié)晶”與“非晶”混雜在一起的結(jié)晶性高分子,和像高純度金屬一樣接近于完全結(jié)晶的物質(zhì),兩者的讀取方法不同。

 

  • 結(jié)晶性高分子
    作為參考,JIS1)中采用的方法如圖1所示。結(jié)晶性高分子中結(jié)晶與非晶部分混雜在一起,由于每種晶體的大小和密度都略有不同,導(dǎo)致了熔融溫度的分布。因此在讀取結(jié)晶性高分子的熔融溫度時(shí),為了便于理解整體熔融行為,讀取熔融起始溫度Tim,峰值溫度Tpm和熔融終止溫度Tem。其中,熔融起始溫度和熔融終止溫度如圖1所示采用外推的方式進(jìn)行讀取。不過(guò)需要注意的是,這種方法得到的熔融起始溫度和熔融終止溫度 “并不是真正的起始溫度和終止溫度”。熔融峰的實(shí)際起始和終止溫度如圖2所示。結(jié)晶性高分子熔融峰的實(shí)際起始和終止溫度是指 DSC曲線在峰值前后離開(kāi)基線切線的點(diǎn)。然而,當(dāng)用人的眼睛看來(lái)決定這一點(diǎn)(溫度)時(shí),或多或少會(huì)有差異。JIS標(biāo)準(zhǔn)旨在實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,采用上述的外推法讀取。

       

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1 熔融溫度的讀取方法1)

 

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圖2 熔融峰的實(shí)際熔融起始溫度和終止溫度

 

  • 如高純度金屬接近于完全結(jié)晶的物質(zhì)
    對(duì)于像高純度金屬這種接近于完全結(jié)晶的物質(zhì),熔融溫度Tm指的就是熔融起始溫度,因?yàn)閱蝹€(gè)結(jié)晶體在熔融溫度下會(huì)一口氣坍塌,熔融行為不存在分布。在這種情況下,不需要讀取峰值溫度和終止溫度,因?yàn)樗鼈儾皇俏镔|(zhì)特有的物理特性。例如,銦(純度為99.9999%)的DSC測(cè)量結(jié)果如圖3所示。

 

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圖3 銦的熔融溫度

 


 

   02

 

結(jié)晶溫度Tc

 


結(jié)晶是“非晶”變成“結(jié)晶”的現(xiàn)象。與熔融的情況一樣,從結(jié)晶峰值讀取結(jié)晶溫度的方法在“結(jié)晶”和“非晶”混合在一起的結(jié)晶性高分子和接近完全結(jié)晶的物質(zhì)(如高純度金屬)中有所不同。

 

  • 結(jié)晶性高分子
    作為參考,JIS1)中采用的方法如圖4所示。與熔融溫度一樣,讀取結(jié)晶起始溫度Tic,峰值溫度Tpc和終止溫度Tec也是為了便于理解整體結(jié)晶的行為。如果在超過(guò)結(jié)晶峰值后結(jié)晶仍在持續(xù)(尾巴拉得比較長(zhǎng)),難以確定結(jié)晶峰值返回基線的時(shí)間點(diǎn),則沒(méi)有必要標(biāo)注終止溫度。還需要注意的是,與熔融溫度的情況一樣,用這種方法得到的結(jié)晶起始溫度和結(jié)晶終止溫度并不是真正的起始溫度和終止溫度。

 

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圖4 結(jié)晶溫度的讀取方法1)

 

  • 如高純度金屬接近于完全結(jié)晶的物質(zhì)
    與熔融溫度一樣,只讀取結(jié)晶起始溫度,并將其作為結(jié)晶溫度。

 


 

   03

玻璃化溫度Tg

由于玻璃化是一種涉及比熱容變化的現(xiàn)象,因此觀察到基線呈階梯狀移動(dòng)。由于玻璃化是一種弛豫現(xiàn)象,它不會(huì)在某一溫度下瞬間發(fā)生,玻璃化發(fā)生前的狀態(tài)(玻璃態(tài))和玻璃化完成后的狀態(tài)(橡膠態(tài))之間有一定的溫度范圍(轉(zhuǎn)變區(qū)域)。JIS1)中采用的方法如圖5所示,以供參考。在確定玻璃化溫度時(shí),還要確定玻璃化的開(kāi)始溫度Tig,結(jié)束溫度Teg和中點(diǎn)溫度Tmg,以便于理解整個(gè)玻璃化現(xiàn)象。

 

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圖5 玻璃化溫度的讀取方法1)

 


參考文獻(xiàn)

 

  1. JIS K 7121, Testing Methods for Transition Temperatures of Plastics, Japanese Standards Association (2012)

 

 

 

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