DSC与DTA的比较

A 热流型
B 功率补偿型
热流型
• 在给予样品和参比品相同 的功率下，测定样品和参 比品两端的温差T，然后 根据热流方程，将T（温 差）换算成Q（热量差） 作为信号的输出。
• 优点： • 基线稳定 • 高灵敏度
功率补偿型
在样品和参比品始终保持相同温度的条件下，测定为满足 此条件样品和参比品两端所需的能量差，并直接作为信号 Q（热量差）输出。 优点： 精确的温度控制和测量 更快的响应时间和冷却速度 高分辨率
图 功率补偿型DSC结构 图
1-温差热电偶；2-补偿 电热丝；3-坩埚；4-电 炉；5-控温热电偶
DSC曲线
纵坐标：热流率（dH/dt）
曲线离开基线的位移代表样品 吸热或放热的速率（mJ·s-1）
曲线中峰或谷包围的面积代 表热量的变化。
横坐标：时间（t）或温度（T） DSC可以直接测量样品在发生物理或化学变化时的热效应。
实验影响因素
1. 扫描速度的影响 • 灵敏度随扫描速度提高而增加 • 分辨率随扫描速度提高而降低 • 扫描速度越快，灵敏度增加但分辨率下降 2. 样品制备的影响 • 样品几何形状： • 样品皿的封压： • 合适的样品量： 3. 升温速率的影响
差热分析 DTA
• 在程序控制温度下，测量物质和参比 物的温度差与温度关系的一种技术
确定Tg的方式是由玻璃化转变前后的直线部分取切线，再在实验曲线 上取一点，如图13-4a），使其平分两切线间的距离A，这一点所对应 的温度即为Tg。Tm的确定，对低分子纯物质来说，像苯甲酸，如图134（b），由峰的前部斜率最大处作切线与基线延长线相交，此点所对 应的温度取作为Tm。对聚合物来说，如图13-4（c）所示，由峰的两边 斜率最大处引切线，相交点所对应的温度取作为Tm，或取峰顶温度作 为Tm。Tc通常也是取峰顶温度。峰面积的取法如图13-3中（d）、（e） 所示。可用求积仪或数格法、亲朋好友纸称重法量出面积。如果峰前 峰后基线基本水平，峰对称，其面积以峰高乘半宽度，即A=h×Δ t1/2， 如图13-4（f）所示。

a
A
Exo
t0
t
t∞
相对结晶度（结晶分数）：Xt = a/A
100
Relative crystallinity/%
80
60
40
144 oC
146 oC
20
148 oC
150 oC
0
0 t1/2
1
2
t /min
相对结晶度对时间的变化曲线
1/2 1/t1/2
等温结晶的动力学参数可由Avrami方程求得：
三种尺寸的珠状 PS的热容-温度曲线
样品尺寸越小，Tg开始的温 度降低，结束温度基本不变， 转变区变宽。
（4）退火历史 当样品从熔融态迅速降至低于Tg下退火，不同温度或相 同温度不同退火时间将会有不同的热效应。
聚氯乙烯随退火温度的升高，Tg起始温度逐渐提高。
聚苯乙烯在相同温度下经不同退火时间处理，Tg随退火 时间增加而移向高温。
1 Xt ektn
式中：Xt为结晶分数; k为结晶速率常数； n为Avrami指数，与晶体成核和生长方式有关。
Avrami指数n = 空间维数 + 时间维数
生长类型
三维生长 (球状晶体) 二维生长 (片状晶体) 一维生长 (针状晶体)
均相成核
n=生长维数+1
n=3+1=4
n=2+1=3
n=1+1=2
Endothermic
Heat Flux
Glass
样品：某线形 环氧树脂
Liquid
消除历史效应
第一次升温，在高温保持 一段时间，使高分子处于 一个完全无规的状态 ，然
Exothermic
Tg
Tg

颗粒过大的试样会爆裂而造成TG曲线 形状异常。 样品的装填方式对TG有影响，主要是 改变了热传导及质量传递性能。样品 装填越紧密，接触越好，有利于热传 导。
（3）试样性质的影响
试样的比热、导热性和反应热对热重 曲线都有影响
3.4TG, DTG在高分子科学与工程中应用
1、高分子材料热稳定性的评定
如图，比较了 五种高分子 材料的相对 热稳定性。 这种方法准 确可靠，目 前常被采用。
2、高分子材料的添加剂的分析
应用TG法分析高分子材 料中的各种添加剂，包 括有机的和无机的添加 剂，有着独特之处，比 一般的方法要简单方便。 图为:PVB中被快速测定 增塑剂含量。 1.萃取了增塑剂的PVB 3. PVB+增塑剂 2.PVB
我国第一台商品热天平是在60年代初由北京 光学仪器厂研制生产的
2.1.1热重法的定义
热重法是在程序控制温度下，测量物质 的质量与温度或时间的函数关系的一种技 术
W=f（T或t） 式中：W为物质质量，T为温度，t为时间
热重曲线或TG曲线
TG曲线纵坐标表示重量（mg），向下表示重 量减少，向上表示重量增加；横坐标表示温度 T（℃或K）或时间t，从左往右表示T或t增加
（4）共聚物结构的研究
用分析手段测定共聚物的热转变，可借以阐明 无规，嵌段共聚物的形态结构。
在差热曲线出现两个峰，表明是嵌段乙丙共聚物，一个峰
表示聚乙烯的熔点，另一个峰表示聚丙烯的熔点。只有 一个峰的是无规共聚物。 （a）嵌段共聚物（49%丙 烯）；A乙烯B丙烯（b）无规共聚物 （15%丙烯）
（5）研究纤维的拉伸取向
dH/dt为DSC谱的纵坐标， dT/dt为升、降温 速率（在DSC实验中一般为定值），故纵 坐标的高低表明了此时样品比热的相对大 小。

实验 聚合物的差热分析（DTA ）和差动热分析(DSC)一、实验目的1．了解聚合物差热分析(DTA)和差动热分析(DSC)的基本原理和应用，及相互间的差别。

2．初步掌握解释聚合物DTA 和DSC 热谱图的方法。

3．了解CDR-4P 差热分析仪的构造原理、基本操作。

4．熟练掌握使用CDR-4P 差热分析仪分别测量聚合物差热分析(DTA)和差动热分析(DSC)。

二、实验原理热分析是测量在受控程序温度条件下，物质的物理性能随温度变化的函数关系的一组技术。

目前热分析已经发展成为系统的分析方法，它对于材料的研究是一种极为有用的工具，特别是在高聚合物的分析测定方面应用更为广泛。

它不仅能获得结构方面的信息，而且还能测定性能，热分析仪已成为从事材料测试的实验室必备的仪器。

差热分析是测定试样在受热（或冷却）过程中，由于物理变化或化学变化所产生的热效应来研究物质转化及化学反应的一种分析方法，（即在程序温度下，测量物质与参比物的温度差值△T 与温度的函数关系。

△T 向上为放热反应，向下为吸热反应）简称DTA （Differential Thermal Analysis ）。

可用于测定物质在热反应时的特征温度及吸热或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等，尤其在聚合物（如聚烯烃、玻璃钢等）的热分析方面有重要意义。

差动热分析(DSC) 也叫做示差扫描热量法（Differential Scanning Calorimetry ），是在程序温度下，测量物质与参比物的功率差值△W 与温度的函数关系。

是和DTA 在应用上相近而在原理上稍有改进的一种热分析技术。

差动热分析仪CDR-4P 用于测定物质在热反应时的特征温度及吸热或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应，广泛应用于无机、硅酸盐、陶瓷、矿物金属、航天耐温材料等领域。

是无机、有机、特别是高分子聚合物、玻璃钢等方面热分析的重要仪器。