聚合物高效表征的系统解决方案

DSC 测量的新型整体解决方案

操作简单、功能强大、测量精确、日常使用方便 — 这些都是创新型 DSC 214 Polyma 的优异特性。这款仪器设计独特，无论用户是初学者还是经验丰富的专业人士，都能满足其需求。尤其是开发了两款新软件：自动分析与曲线识别，树立了 DSC 新的标准，这些将引发 DSC 分析的革命。

• 聚合物表征的新型整体解决方案

• 样品制备前所未有的简单

• 自动化测量及分析

第×台可快速冷却的热流型 DSC DSC 214 Polyma 配备热质量非常低的椭圆形炉体（Arena® 炉体），最大升温/冷却速率可达 500K/min，这是热流型 DSC 前所未有的。相对于通常采用的 10K 或 20K/min 的降温速率，可以实现更接近于实际加工的温度程序。

开创性传感器技术 新型专利技术的 Corona® 传感器中间为铬镍合金，外环为康铜合金。两种材料通过扩散焊接连接。Corona® 传感器具有极高的灵敏度和重复性，加上新型专利技术的 Concavus® 坩埚，成就了仪器完美的重现性。

新型铝坩埚与独特的包装盒 Convavus® 坩埚是随 DSC 214 一起推出的全新设计的铝坩埚。坩埚底部增加了特殊的加强环，可保证坩埚底面和 DSC 传感器底面稳定、良好的热接触，显著提高了测量结果的重复性。Concavus® 坩埚的专利技术设计，能提高所有 DSC 测量的重复性，所以适用于耐驰及市场上所有热流型 DSC。 专为 Concavus 坩埚设计的 3in1 Box 包装盒能为坩埚的运输与储存提供全面的保护，且防止由静电导致的坩埚之间的粘连。每个盒子都配有样品标签卡，方便样品及测量结果的存档，这尤其适用于需要长期保存样品，定期复测的应用场合。

三位一体 通过热质量非常低的 Arena® 炉体、坚固的高灵敏度的 Corona® 传感器、与设计独特的 Concavus® 坩埚三者的结合，使得 DSC 214 Polyma 具有极佳的性能表现。

DSC 214 Polyma - 技术参数

• 温度范围：-170°C ... 600 / 700°C（不同炉体）

• 温度重复性：± 0.01°C（标准金属）

• 温度准确度：0.1°C（标准金属）

• 升/降温速率：0.001 K/min … 500 K/min*

• In 响应比率：> 100 mW/K

• DSC 量程：750 mW

• 热焓灵敏度：0.1 μW

• 热焓精度：0.05% （标准金属）

• 温度/热焓校正：多点标样，非线性校正技术

• 基线漂移：10 μW （-50 ... 300°C）

• 比热测量：选件

• 可选冷却设备：压缩空气、机械、液氮（可以单独或同时连接多种冷却装置，通过软件切换）

• 气氛：静态及动态，惰性、氧化、还原

• 气体控制：3 路独立的气流控制装置，软件自动切换

• 自动进样器：选件，可容纳 20 位，样品和参比位任意指定

• 温度调制 DSC：选件，配备专利 FRC 校正技术

• 软件：Proteus^®，标配 
  - Smart Mode（智能模式） 
  - Expert Mode （专家模式） 
  - AutoCalibration （自动校正） 
  - AutoEvaluation （自动分析） 
  - Identify （自动识别） 
  - Tau-R （高级DSC校正） 
  - 氧化诱导期 (OIT)

• 操作系统：软件可在 Windows XP、Windows7 和 Windows8.1 操作系统下运行

• 支持 PC、平板电脑等移动设备

• 高级软件：选件，包括热动力学、峰分离、纯度、热模拟等

* 最大速率取决于温度范围

DSC 214 - 软件功能

Proteus® 7.0：省时省力的软件 简化的程序设置用户界面（SmartMode），一键自动曲线分析（AutoEvaluation），和未知曲线的识别功能（Identify）是软件的关键功能，能够为其他任务大大节省时间。即使没有经验的使用者也能够快速安全的得到有意义的结果。 当用户较好地掌握了 DSC 操作技能之后，可以利用专家模式使用 Proteus® 软件的所有功能。对于使用 AutoEvaluation 得到的结果也能够进行手动处理和重新计算，这使得经验丰富的使用者能够全面掌握分析过程。 Proteus® 软件的 7.0 版本是特别针对 DSC 214 Polyma，能够与 WindowsXP, Windows 7 或 Windows 8.1 兼容。软件与仪器配套使用，并且能够在另外的电脑上安装使用。

智能模式（SmartMode）— 通往高效的捷径 随着 DSC 214 Polyma 的推出，新型的智能模式软件界面也随着诞生。 由于其直观的界面具有清晰的结构、导航的一致性和用户友好性，即使没有任何经验的使用者也能很快的找到使用方法。 在 Wizards 的菜单目录下，有一系列常规的预定义测试方法。这些方法只需要极少的输入就能够实现一键测试。这些方法还能够互相组合。预定义方法包含了 NETZSCH 聚合物物性海报中的所有材料对应的测试方法，能够立即开始测试。客户设定方法则可以让用户保存之前的测试方法以便下一次测试使用。

自动分析（AutoEvaluation）— 完全自动的分析方法 自动分析（AutoEvaluation）是一种全新开发的软件功能，能够一键自动分析热塑性聚合物、橡胶和树脂等未知材料的曲线。自动分析功能首先分析的是 DSC 曲线上的关键效应如玻璃化转变、熔融峰，然后分析的是其他热效应如重结晶。通过软件的智能计算，即能使用户获得本来需要专业知识才能获取的信息，这在热分析发展史上，尚属首创。

曲线识别（Identify） — 使每一个用户都成为专家 曲线识别（Identify）是一个很特别的工具，只需轻轻一击就能够自动识别解析曲线。软件的这部分功能是为了进行材料识别和质量控制而设计的。给定材料的曲线特性和软件集成的数据库相比，能够自动识别材料的类型。在 DSC 技术领域中，数据库比对是独一无二的。识别功能的数据库中不仅包含了 NETZSCH 的典型聚合物曲线谱库，还能通过添加用户自己的聚合物或复合物的曲线进行扩展。可以使用用户自定义的质量标准进行产品类别设定。可以将某些批次的样品与另一些批次进行客观比较 — 这在质量控制和失效分析领域中尚属首创。

自动校正（AutoCalibration）— 必要步骤的简化 DSC 仪器校正是 DSC 测试正确的先决条件。这能确保仪器在预设的参数内进行测试。但是校正程序本身应该简单快速，理想情况是能够一次性完成。解决的方法是自动校正。这种特殊的软件功能为普通的标准测试提供了预定义的校正方法，并对校正测试进行全自动分析，如分析熔融峰值，计算校正曲线和检查其有效性。因此自动校正简化了耗时的常规任务。

DSC 214 - 应用实例

使用 DSC 进行聚合物质量控制—进货检验

图中显示了看似相同的两种颗粒的 DSC 曲线，样品为 PA66，分别在不同时间交付（以 20K/min 的速率降温后二次升温）。蓝色曲线（旧样）上在 63°C 出现玻璃化转变，263°C 出现熔融峰，均为 PA66 的典型表现。在新料（红色曲线）上则出现了双峰，峰值温度为 206°C 和 244°C。这表明新料中可能存在与 PA66 共混的第二种聚合物。

样品质量：11.96 mg（蓝色）和11.85mg（红色）；在动态 N2 气氛下以 20K/min 降温后再以 20K/min 升温至 330°C。

使用 DSC 进行聚合物质量控制—氧化稳定性

OIT 测试（氧化诱导时间）是用于评价聚合物特别是聚烯烃耐氧化性的常用测试方法。在这个例子中，两个 PP 样品在动态氮气气氛下加热到 200°C。在加热过程中检测到的吸热峰对应于聚丙烯的熔融。在 200°C 恒温 3 分钟，将气体切换至空气。其后出现的放热效应为聚合物的氧化分解。此例中，样品A（OIT 6.6分钟）比样品B（OIT 11.6分钟）更早的发生了氧化反应。

样品质量：9.48mg（样品A）和 9.55 mg（样品B）；在 N2 气氛（50 ml/min）下以 20K/min 加热至 200°C，在 N2 下恒温 3min；在空气下（50ml/min）恒温直至分解。

橡胶的低温性能测试 - SBR 橡胶的二次升温测试

右图所示为 SBR 橡胶样品在 -100℃ 到 220℃ 间的两次升温曲线，两次升温过程中都测得 -47℃（中点）的玻璃化转变，且 0℃ 到 70℃ 间都有个较宽的吸热峰，猜测为添加剂的熔融。仅在一次升温过程中检测到峰值为 169℃ 的放热峰，为弹性体后固化过程。

热塑性聚氨酯的热性能测试

下图为热塑性聚氨酯（TPU）样品的测试结果。一次升温过程中，玻璃化转变出现在 -42°C，为样品中链段的软化过程。一次升温过程中在 100°C 到 210°C 有两个吸热峰，二次升温过程中只检测到其中一个由熔融（热塑性组分）引起的可逆转变（7.40J/g），不可逆转变的峰（207°C）为易挥发组分或添加剂的挥发，这种挥发导致玻璃化转变温度升高，二次升温过程中检测到玻璃化转变温度为 -28°C。

样品质量：10.47mg，N2 气氛，以 10K/min 的速率从 -100°C 升温至 250°C，两次升温

半结晶热塑性材料的等温结晶

DSC 214 Polyma 配合 IC70 机械制冷，测试 PA66 GF30（30%wt 玻璃纤维）的等温结晶过程。较低的炉体热质量，使得炉腔内部可在几秒内实现 60℃ 的降温。在这个前提下，才有可能将 PA66 的结晶过程（17min 附近的结晶峰）和温度调整引起的曲线波动（15.4min 至 16min 之间的曲线波动）分开。同时从温度曲线可见，在急速降温时温度过冲极小，说明 DSC214 Polyma 具有杰出的冷却性能。

回收料的影响—失效分析

本例中研究的是两种用于注塑成型的聚丙烯回收料，材料 A 在注塑过程结束的时候已完全结晶，而材料 B 仍处于熔融状态，通过 DSC 测试，可以分析两种材料结晶行为存在差异的原因。

降温过程中的放热峰为高聚物的结晶过程。回收料 A（蓝色曲线，结晶起始点 126℃）的结晶起始温度高于回收料 B（红色曲线，结晶起始点 122℃）。

除了峰值为 121℃（蓝色曲线）和 118℃（红色曲线）的主峰外，还有 97℃ 的峰（蓝色曲线）和 107℃ 的肩峰（红色曲线），小的吸热峰说明材料中还存在另外一种组分，材料 A 中的这一组分导致了较早的成核过程。

PP 再生料的不同结晶行为
样品质量：约 13mg，N2 气氛，升温至 200℃ 后以 10K/min 速率冷却

通过二次升温曲线可做进一步验证，除了 165℃ 和 163℃ 的吸热峰（PP材料典型的熔融峰），蓝色曲线在 110℃ 和 124℃ 还有两个吸热峰，说明材料 A 中还含有 LDPE、LLDPE 或 HDPE（熔融温度随密度增大而升高）等额外的组分。相反，材料 B 中仅在 126℃ 有一个小的吸热峰。

混入了不同 PE 杂质的 PP 再生料的熔融
样品质量：约 13mg，N2 气氛，以 10K/min 速率冷却后再以 10K/min 升温至 200℃

注塑成型的工艺参数优化

半晶态高聚物（如 PBT）的结晶行为随冷却历史不同而变化，这对于预估实际生产过程中的开模、取出成品部件的温度非常重要。

本例显示的是含 30%wt 玻璃纤维的PBT材料，以多种不同的降温速率（20K/min到200K/min）冷却后的升温曲线。

升温过程统一采用 50K/min 的升温速率，以 20K/min 速率冷却后的升温曲线（红色）可以明显的看到 PBT 材料典型的β相肩峰；以 50K/min 速率冷却后的曲线（蓝色）上β相吸热峰的温度降低，与主峰分的更开；而以 100K/min 和 200K/min 速率冷却后的曲线（分别对应绿色和黑色）上只看到放热的冷结晶过程，没有β相的吸热峰。

以不同速率冷却后 PBT GF30 的升温曲线
样品质量：10.1mg，升温速率：50K/min

同时，下图展示了不同降温速率对 PBT 结晶行为的影响。以 20K/min（红色）的速率降温时，PBT 结晶起始于 194℃，结晶峰值温度为 188℃。以 200K/min（黑色）的速率降温时，结晶起始温度为 171℃，峰值温度为 156℃，120℃ 时曲线出现拐折，但此时结晶放热过程仍未完成。

PBT 在不同的冷却速率下的降温曲线
样品质量：10.1mg，N 2 气氛，降温速率 20K/min、50K/min、100K/min 和 200K/min

环氧粘合剂的动力学分析

利用耐驰动力学软件建立化学反应过程的动力学模型，可以在用户定义的温度条件下对化学反应体系的行为进行预测，以进行工艺优化。

本例研究双组分环氧粘合剂的固化过程，将三个样品以不同速率（2K/min、5K/min 和 10K/min）升温至 200℃，固化反应的峰值温度随升温速率提高而升高。单步反应的动力学模型与试验曲线基本重合，相关系数高于 0.999。因此，此模型可用于对等温和用户自定义的温度程序下的反应进行预测。

单步反应的实测曲线（虚线）与理论曲线（实线）对比

下图显示的是不同温度下恒温时样品的固化度随时间的变化，由软件基于动力学模型计算得到。在 120℃ 下恒温 3min，样品的固化度即达 95%，而在 110℃ 下达到同等固化程度需要恒温 5min 以上。

不同温度下等温的固化反应预测

DSC 214 - 相关附件

DSC 214 Polyma 能够根据客户的要求配置多种附件进行系统优化和扩展。

各种冷却系统都能够对炉体进行冷却，无论是通过空气压缩机冷却至室温还是利用液氮系统将温度降至 -170°C。低成本的机械制冷是除了液氮之外的另一个选择，能够在 -40°C 至 600°C（IC40）或 -70°C 至 600°C（IC70）温度范围内使用。

NETZSCH 提供不同材质的坩埚（铝，铜，银，高压不锈钢等等）以适用于几乎所有应用和材料。可更换压头的压机适用于冷焊的铝坩埚和中压不锈钢坩埚。

为日常应用提供的能够放置 20 个样品的自动进样器（ASC）也适用于不同的坩埚类型。

优化样品制备

利用 NETZSCH 的样品制备套件，即使象玻纤增强的小颗粒或小块状材料都能很快地制备好。

选择合适的 DSC, TGA 和 STA 坩埚对测试样品的重要性

• DSC坩埚必须由高导热的材料制成，这能够保证样品和坩埚以及传感器之间具有良好的热传导以及较低的温度梯度。

• 坩埚必须由惰性材料制成，以确保样品在设定的温度程序中不会和坩埚反应。除非要求坩埚对样品具有催化作用（比如，氧化诱导期测试中使用到铜坩埚）。

• 坩埚在设定的温度程序中不能存在任何的相变及其他反应，熔点或软化温度都必须足够高于最高的应用温度。

* 坩埚容积：盖子正压时为 40ul，反压则为 25ul。

** 使用同一台压机可以密封所有标准型号的 Al 坩埚；配件编号：6.240.10-80.0.00A