測試儀器

耐馳NETSZSCH DSC214 polyma

依據標準

ISO 11357-2:2013、GB/T 19466.2-2004、ASTM D3418-15等，客戶可自行提供測試標準或條件如（升溫降溫速率）等。

測試原理

玻璃化轉變是指無定型聚合物或半結晶聚合物中的無定型區域在升溫過程中從硬的、相對脆的玻璃態到粘流態或橡膠態的一種可逆轉變。玻璃化轉變溫度即發生玻璃化轉變時的溫度。

圖1 典型DSC測試曲線

如何確定圖中曲線哪一部分為玻璃化轉變？

DSC測Tg是通過測試其比熱容的改變實現的。樣品發生玻璃化轉變后，其比熱容會比轉變前有一個整體的提升，但是玻璃化轉變不是相變，只是樣品部分鏈段的運動，因此沒有明顯的吸熱與放熱反應（如上圖中的峰或谷）。因此玻璃化轉變在曲線中具體表現為基線的整體提升（如圖中基線1與基線2所示）。

由上圖可知，玻璃化轉變發生在一個溫度區間內。因此明確如何確定轉化溫度是必要的。確定Tg有以下三種方法：

（1）等距法

圖2 玻璃化轉變特征溫度示例

如上圖所示，做一條與轉變前后兩基線平行的直線，該直線與曲線的交點所對應的溫度即為等距法確定的玻璃化轉變溫度T1/2g。

（2）拐點法

參考上圖，該方法取轉變時的拐點Tig（斜率最大處）處為玻璃化轉變溫度。

（3）等面積法

具體為：

做一條垂直于兩基線的直線，使該垂線與基線和曲線所包圍的面積（如陰影2）等于陰影1與陰影3的面積的和。該垂線與曲線的交點對應的溫度即為Tg。

圖3 玻璃化轉變特征溫度示例

不同確定方法分析

以某一樣品的DSC測玻璃化轉變溫度曲線為例，主要分析等距法與等面積法的差異。

圖4 等距法確定Tg點

圖5 拐點法確定Tg點

圖6 等面積法確定Tg點

由圖4與圖6，等距法與等面積法確定的Tg點差異比較大。原因如下：

第一次升溫后的降溫速率較小時，第二次升溫時樣品容易發生焓松弛，樣品為了盡快回到熱力學平衡狀態會從環境中吸收一定熱量，導致曲線中在Tg后產生微小的吸熱峰（下圖右上角陰影部分）。由此產生Tg漂移。可通過等面積法消除焓松弛的影響。

由上述內容可得如下結論：

一般情況下的檢測曲線（無焓松弛發生，玻璃化轉變后沒有小吸收峰），可使用等距法或拐點法。若發生了焓松弛（即玻璃化轉變后有一小吸收峰），推薦使用等面積法進行轉變溫度的確定。