示差扫描量热法进展及其在高分子表征中的应用

示差扫描量热法(DSC)是表征材料热性能和热反应的一种高效研究工具,具有操作简便、应用广泛、测量值物理意义明确等优点.近年来DSC技术的发展大大拓展了高分子材料表征的测试范围,促进了对高分子物理转变的热力学和动力学的深入研究.温度调制示差扫描量热法(TMDSC)是DSC在20世纪90年代的标志性进展,它在传统DSC的线性升温速率的基础之上引入了调制速率,从而可将总热流信号分解为可逆信号和不可逆信号两部分,并能测量准等温过程的可逆热容.闪速示差扫描量热法(FSC)是DSC技术近年来的创新性发展,它采用体积微小的氮化硅薄膜芯片传感器替代传统DSC的坩埚作为试样容器和控温系统,实现了超快速的升降温扫描速率以及微米尺度上的样品测试,使得对于高分子在扫描过程中的结构重组机制的分析以及对实际的生产加工条件的直接模拟成为可能.本文从热分析基础出发,依次对传统DSC、TMDSC和FSC进行了介绍,内容覆盖其发展历史、方法原理、操作技巧及其在高分子表征中的应用举例,最后对DSC未来的发展和应用进行了展望.本文希望通过综述DSC原理、实验技巧和应用进展,帮助读者加深对DSC这一常用表征技术的理解,进一步拓展DSC表征高分子材料的应用.

用Flash DSC研究硝酸铵的相变特征与规律

采用闪速差示扫描量热法(Flash DSC)对硝酸铵(AN)的晶型转变与结晶特征进行研究,获得了相应转变过程的特征规律并根据Kissinger方程计算了相变动力学参数。结果表明,随着升温速率从100K/s增加到5 000K/s,AN各相变的峰形在逐渐增宽,Ⅴ→Ⅳ型晶转起始温度显著向低温漂移,Ⅳ→Ⅲ型、Ⅲ→Ⅱ型、Ⅱ→Ⅰ型晶转起始温度略向高温漂移。从-10^-3 500K/s的降温速率试验中,AN可逆的各级相变均存在显著"过冷"现象,AN的结晶峰温、Ⅰ→Ⅱ型、Ⅱ→Ⅲ型、Ⅲ→Ⅳ型晶转峰温均向低温方向偏移,AN在-10^-500K/s和-1 000^-3 500K/s两种降温速率范围下其结晶、Ⅰ→Ⅱ型晶转、Ⅱ→Ⅲ型晶转活化能值Ea分别为761.11、570.98、700.71kJ/mol和102.48、82.16、166.76kJ/mol,指前因子ln(A/s-1)分别为-213.27、-183.76、-267.25和-29.26、-26.71、-64.38。

金属Sn凝固过程Flash DSC研究

采用闪速差示扫描量热仪(Flash DSC)研究了纯金属Sn熔滴在不同过热度及冷却速率下凝固过冷度的变化,并进行了理论分析和讨论。结果表明,当冷速足够大时,熔体过热度便对形核过冷度没有影响;冷却速率越大,过冷度越大,但过冷度随冷却速率增大而提高的变化趋势减小。在1~1 000 k/s冷速范围内,冷速越大结晶所需时间越短。