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TA FAQs【04】| 助力您了解您的热分析仪

时间:2025-3-7 阅读:189
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用DSC或DTA读取熔融温度和玻璃化温度时,应读取哪个部分的温度,如何读取?

DSC或DTA可测量相变温度(如熔融,结晶或玻璃化)以及化学反应(如热固化反应)的起始和终止温度等。关于使用DSC和DTA测量和分析熔融,结晶,玻璃化等的方法,ISO,ASTM,JIS或 IPC等各种测试标准中已有规定,建议在分析方法上尽量遵守这些标准。


 

   01

熔融温度Tm


用DSC或DTA测量熔融现象就意味着“结晶”塌缩变成“非晶”的过程。在通过熔融峰读取熔融温度的方法中,“结晶”与“非晶”混杂在一起的结晶性高分子,和像高纯度金属一样接近于完全结晶的物质,两者的读取方法不同。

 

  • 结晶性高分子
    作为参考,JIS1)中采用的方法如图1所示。结晶性高分子中结晶与非晶部分混杂在一起,由于每种晶体的大小和密度都略有不同,导致了熔融温度的分布。因此在读取结晶性高分子的熔融温度时,为了便于理解整体熔融行为,读取熔融起始温度Tim,峰值温度Tpm和熔融终止温度Tem。其中,熔融起始温度和熔融终止温度如图1所示采用外推的方式进行读取。不过需要注意的是,这种方法得到的熔融起始温度和熔融终止温度 “并不是真正的起始温度和终止温度”。熔融峰的实际起始和终止温度如图2所示。结晶性高分子熔融峰的实际起始和终止温度是指 DSC曲线在峰值前后离开基线切线的点。然而,当用人的眼睛看来决定这一点(温度)时,或多或少会有差异。JIS标准旨在实现标准化,采用上述的外推法读取。

       

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1 熔融温度的读取方法1)

 

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图2 熔融峰的实际熔融起始温度和终止温度

 

  • 如高纯度金属接近于完全结晶的物质
    对于像高纯度金属这种接近于完全结晶的物质,熔融温度Tm指的就是熔融起始温度,因为单个结晶体在熔融温度下会一口气坍塌,熔融行为不存在分布。在这种情况下,不需要读取峰值温度和终止温度,因为它们不是物质特有的物理特性。例如,铟(纯度为99.9999%)的DSC测量结果如图3所示。

 

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图3 铟的熔融温度

 


 

   02

 

结晶温度Tc

 


结晶是“非晶”变成“结晶”的现象。与熔融的情况一样,从结晶峰值读取结晶温度的方法在“结晶”和“非晶”混合在一起的结晶性高分子和接近完全结晶的物质(如高纯度金属)中有所不同。

 

  • 结晶性高分子
    作为参考,JIS1)中采用的方法如图4所示。与熔融温度一样,读取结晶起始温度Tic,峰值温度Tpc和终止温度Tec也是为了便于理解整体结晶的行为。如果在超过结晶峰值后结晶仍在持续(尾巴拉得比较长),难以确定结晶峰值返回基线的时间点,则没有必要标注终止温度。还需要注意的是,与熔融温度的情况一样,用这种方法得到的结晶起始温度和结晶终止温度并不是真正的起始温度和终止温度。

 

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图4 结晶温度的读取方法1)

 

  • 如高纯度金属接近于完全结晶的物质
    与熔融温度一样,只读取结晶起始温度,并将其作为结晶温度。

 


 

   03

玻璃化温度Tg

由于玻璃化是一种涉及比热容变化的现象,因此观察到基线呈阶梯状移动。由于玻璃化是一种弛豫现象,它不会在某一温度下瞬间发生,玻璃化发生前的状态(玻璃态)和玻璃化完成后的状态(橡胶态)之间有一定的温度范围(转变区域)。JIS1)中采用的方法如图5所示,以供参考。在确定玻璃化温度时,还要确定玻璃化的开始温度Tig,结束温度Teg和中点温度Tmg,以便于理解整个玻璃化现象。

 

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图5 玻璃化温度的读取方法1)

 


参考文献

 

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

 

 

 

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