做材料评估的客户经常遇到这种情况:配方照着工艺做出来的树脂,性能就是上不去。强度不够、不耐溶剂、表面发黏。送过来问我怎么回事,我们做个DSC测一下玻璃化转变温度,问题一下就清楚了。
差示扫描量热法(DSC)的原理很简单——样品和参比物在程序控温下保持同一温度,仪器记录两者之间的热流差。当样品发生玻璃化转变、结晶、熔融或固化反应时,热流差就会发生变化,在DSC曲线上留下特征峰或台阶。玻璃化转变温度(Tg)是高分子链段开始运动的最低温度,也是衡量树脂固化程度的核心指标。
按GB/T 19466.2-2004标准,测Tg的升温速率一般设为10°C/min或20°C/min。升温太快会让Tg向高温偏移,得到的数据偏高。同一个环氧树脂样品,用10°C/min测的Tg是85°C,改用20°C/min测出来变成91°C,差了6度。所以在送样时确认好测试条件很关键,不同条件下得到的数据不能直接对比。
从Tg数据还能推算固化程度。一次客户送来一批氨基树脂样品,说使用中总感觉发黏。我做了DSC分析,第一次扫描测到的Tg只有38°C,说明树脂在室温下都处于玻璃态和橡胶态的过渡区,链段运动活跃所以表面发黏。我又做了一次二次扫描——先把样品升到150°C再降温、再升温测Tg。这次Tg变成了68°C,说明第一次测试过程中的升温促使树脂继续固化了30°C的Tg。这个数据说明客户送的样品固化程度不到60%,生产过程中固化时间或者固化温度没有给够。
固化放热峰的测量也很关键。在DSC曲线上,未完全固化的树脂会在升温过程中出现一个放热峰,这个峰的面积就是残余固化放热量。固化度越高放热峰越小。用这个参数可以精确判断树脂的固化完成度,也是制定生产工艺的依据之一。
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