華東理工大學(xué)華昌聚合物有限公司，專注于高性能基體樹脂的研究、開發(fā)和生產(chǎn)，深耕行業(yè)60余年，在環(huán)氧乙烯基酯樹脂、環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯樹脂領(lǐng)域擁有深厚的技術(shù)積淀和豐富的經(jīng)驗(yàn)積累。華昌研發(fā)中心有獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中心，測(cè)試設(shè)備有萬能材料試驗(yàn)機(jī)、動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀（DMA）、差示掃描量熱儀（DSC）、凝膠滲透色譜儀（GPC）、紅外光譜儀（FT-IR）、微機(jī)控制負(fù)載荷熱變形溫度試驗(yàn)機(jī)等等，可滿足本公司實(shí)驗(yàn)中原料、配方、工藝及樹脂質(zhì)量監(jiān)測(cè)測(cè)試，也可為客戶來樣提供測(cè)試服務(wù)。本文中重點(diǎn)介紹了差示掃描量熱儀的原理及應(yīng)用。

一、基本原理

差示掃描量熱儀(DifferentialScanningCalorimetry，簡(jiǎn)稱DSC)?；驹恚篋SC監(jiān)測(cè)樣品和參比溫度差（熱流）隨時(shí)間或溫度變化而變化的過程。樣品和參比處于溫度相同的均溫區(qū)，當(dāng)樣品沒有熱變化的時(shí)候，樣品端和參比端的溫度均按照預(yù)先設(shè)定的溫度變化，溫差ΔT=0。當(dāng)樣品發(fā)生變化如熔融，提供給樣品的熱量都用來維持樣品的熔融，參比端溫度仍按照爐體升溫，參比端溫度會(huì)高于樣品端溫度從而形成了溫度差。把這種溫度差的變化以曲線記錄下來，就形成了DSC的原始數(shù)據(jù)。
市場(chǎng)上的大部分DSC以下列的公式作為基礎(chǔ)：
q=-ΔT/R,q——熱流，ΔT——樣品參比溫差，R——熱阻
是一個(gè)最簡(jiǎn)單的模型，建立在樣品端和參比端熱阻相同，溫度均勻一致的假設(shè)基礎(chǔ)上，即Rs=Rf，Tfs=Tfr。

差示掃描量熱儀測(cè)量的是與材料內(nèi)部熱轉(zhuǎn)變相關(guān)的溫度、熱流的關(guān)系，應(yīng)用范圍非常廣，特別是材料的研發(fā)性能、檢測(cè)與質(zhì)量控制。材料的特性，如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、冷結(jié)晶、相轉(zhuǎn)變、熔融、結(jié)晶、產(chǎn)品穩(wěn)定性、固化/交聯(lián)、氧化誘導(dǎo)期等都是差示掃描量熱儀的研究領(lǐng)域。它的應(yīng)用范圍為高分子材料的固化反應(yīng)溫度和熱效應(yīng)、物質(zhì)相變溫度與其熱效應(yīng)測(cè)定、高聚物材料的結(jié)晶、熔融溫度及其熱效應(yīng)測(cè)定、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

二、DSC應(yīng)用

1、測(cè)試樹脂固化放熱曲線
以本實(shí)驗(yàn)室所做拉擠環(huán)氧樹脂的固化放熱曲線為例：樹脂固化過程中的溫度變化來研究不同樹脂在特定溫度下有不同的溫度-時(shí)間變化曲線，其典型的放熱曲線如圖1所示。

圖1中（a）和（b）為對(duì)比實(shí)驗(yàn)，首先根據(jù)放熱曲線的起始反應(yīng)溫度和峰值溫度，可以選擇各種引發(fā)劑、阻聚劑、促進(jìn)劑的活性，以調(diào)節(jié)樹脂的放熱性能。另外，根據(jù)放熱量的多少也可以計(jì)算樹脂的固化度。固化度或叫轉(zhuǎn)化率，是熱固性聚合物材料一個(gè)很重要的參數(shù)，用DSC可以很方便測(cè)定，因?yàn)楣袒磻?yīng)一般都是放熱反應(yīng)，放熱的多少與樹脂官能度的類型、參加反應(yīng)的官能團(tuán)的數(shù)量、固化劑的種類及其用量有關(guān)，但對(duì)于一個(gè)配方確定的數(shù)值體系，固化反應(yīng)熱是一定的，固化度ａ可用如公式（1）計(jì)算。
式中，是樹脂體系進(jìn)行完全固化時(shí)所放出的總熱量（J/g），是固化后剩余反應(yīng)熱（J/g）。
固化交聯(lián)過程中放出熱量，該放熱過程所經(jīng)歷的時(shí)間和溫度變化的關(guān)系，對(duì)樹脂應(yīng)用中的工藝性能和制品質(zhì)量及產(chǎn)量都有決定性的影響。

2、測(cè)試固體玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）
以本實(shí)驗(yàn)室測(cè)試?yán)瓟D環(huán)氧樹脂的Tg為例，測(cè)試曲線如圖2所示：

在實(shí)驗(yàn)時(shí)有兩次升溫過程，圖2（a）為第一次升溫曲線圖，可測(cè)得樹脂實(shí)際的Tg，升溫最高溫度通常高于樹脂Tg50℃，相當(dāng)于對(duì)樹脂進(jìn)行一次熱處理，樹脂理論上會(huì)達(dá)到完全固化；圖2（b）為第二次升溫曲線圖，可測(cè)得樹脂理論的Tg。也可用實(shí)際和理論Tg通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出樹脂的固化度。

作者：良