如何用差示掃描量熱儀（DSC）測定生橡膠玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

玻璃化轉(zhuǎn)變glass transition

非晶態(tài)聚合物或半晶態(tài)聚合物中的非晶區(qū)域從橡膠態(tài)或黏流態(tài)到玻璃態(tài)的一種可逆變化。

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)glass transition temperature

發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變的溫度范圍的近似中點的溫度。

注：本標(biāo)準(zhǔn)中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是指，以20℃/min 的速率升溫，得到的 DSC曲線上的拐點溫度

試驗原理

在規(guī)定的惰性條件下，用差示掃描量熱儀(DSC)測定橡膠的熱容隨溫度的變化，通過所得的曲線確定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

試樣

試樣應(yīng)能代表被測試樣品，質(zhì)量在0.01~0.02g范圍內(nèi)，按相應(yīng)的介質(zhì)和溫度調(diào)節(jié)樣品和試樣。調(diào)節(jié)時應(yīng)遵循以下規(guī)則：

1)溫度和濕度都已規(guī)定時，試樣的調(diào)節(jié)時間應(yīng)不少于16h，然后立即試驗。

2)當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)實驗室溫度且不需要控制濕度時，試樣的調(diào)節(jié)應(yīng)不少于3h，然后立即試驗。

3)當(dāng)規(guī)定了一個不同于標(biāo)準(zhǔn)實驗室溫度且不需要控制濕度條件時，應(yīng)經(jīng)過足夠長調(diào)節(jié)時間，以使試樣與環(huán)境溫度相平衡，或者根據(jù)試驗材料和產(chǎn)品的有關(guān)規(guī)定處理。

4)經(jīng)過打磨樣品制備的試樣在試驗前應(yīng)該進(jìn)行調(diào)節(jié)。

儀器和材料

1)差示掃描量熱儀：應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)實驗室溫度下使用，并避免風(fēng)吹、陽光直射和突發(fā)的溫度變化。推薦使用航天偉創(chuàng)的DSC-300S。

DSC-300S 差示掃描量熱儀

2)樣品皿。

3)氣源：分析級，通常為氮氣或氦氣。

4)天平：稱量精度為±0.0001g。

試驗方法

1.氣體氣流

惰性氣體流速應(yīng)在10 ~100mL/min 范圍內(nèi);整個試驗過程中，惰性氣體流速應(yīng)恒定，偏差為±10%

2.放置試樣

1)稱量試樣，精確至±0.001g，試樣表面應(yīng)平整，以確保與樣品皿接觸良好。試樣和樣品皿接觸良好可獲得較好的重復(fù)性。

2)用鑷子將試樣放在樣品皿中，樣品皿用蓋子密封，然后用鑷子將密封好的樣品皿放入量熱儀中。

3)禁止用手直接接觸試樣或樣品皿。

3.溫度掃描

1)以10℃/min 的速率將溫度降至-140℃左右，并在此溫度下保持 1min。

測試低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的橡膠需要-140℃的初始溫度，如高順式聚丁二烯橡膠對于較高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的橡膠沒有必要選擇這樣低的初始溫度。

為確保在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)之前有一段平坦的基線，應(yīng)選擇合適的初始溫度，例如，選擇低于預(yù)期玻璃化轉(zhuǎn)變溫度30~40℃的溫度作為初始溫度。

若儀器不能保持規(guī)定的降溫速率，應(yīng)給以調(diào)節(jié)使其接近規(guī)定的速率。

2)以 20℃/min 的升溫速率進(jìn)行溫度掃描，直到溫度升至高于玻璃化轉(zhuǎn)變范圍上限約30℃。大多數(shù)儀器可設(shè)定程序進(jìn)行熱循環(huán)。

結(jié)果表示

將玻璃化轉(zhuǎn)變曲線上的拐點溫度確定為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。如果要求從曲線上直接測得玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，則對曲線進(jìn)行微分，將拐點溫度確定為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。