差示扫描量热仪测量橡胶材料的玻璃化转变温度

 

玻璃化转变温度（Tg）是高分子材料（如橡胶）的重要参数，表征材料从玻璃态向高弹态转变的温度。该参数直接影响橡胶的低温性能、弹性模量和应用场景。差示扫描量热法（DSC）是一种广泛用于测定Tg的技术，通过测量材料在加热或冷却过程中的热流变化，准确捕捉相变温度。
 
 一、实验原理　
 差示扫描量热仪通过对比样品与参比物在程序控温下的热流差异，检测材料的热效应。当橡胶经历玻璃化转变时，其热容（Cp）发生突变，表现为DSC曲线上的台阶状基线偏移（图1）。Tg通常取曲线偏移的中间点或拐点。
 

 二、实验步骤　
 1、样品制备  
 1.1样品选择：取橡胶样品（5-10 mg），避免杂质污染。  
 1.2预处理：若样品含增塑剂、填料等，需记录成分；必要时进行退火处理以消除热历史。　
 1.3密封装样：将样品置于铝制坩埚中压紧密封，参比物使用空坩埚或惰性材料（如氧化铝）。
 
 2、设备选择　
 2.1仪器设备：DZ-DSC300L差示扫描量热仪　

 

 2.2仪器参数设置　
 温度范围：通常设定为-100℃至50℃（视橡胶类型调整）。
 升温速率：推荐10-20℃/min（速率过快可能导致Tg偏移）。　
 气氛控制：氮气氛围（流速50-100 mL/min），防止氧化反应。　
 基线校准：使用标准物质（如铟、锡）校准仪器。
 
 2.3测试流程　
 2.3.1 空白基线测试（空坩埚）。　
 2.3.2 装入样品，运行加热冷却加热循环（消除热历史）。　
 2.3.3 记录第二次加热曲线以分析Tg。
 
 2.4测量参考的标准
 GB/T 19466.2-2004/IS011357-2:1999塑料 差示扫描量热法 第2部分：玻璃化转变温度的测定　
 GB/T 29611-2013 生橡胶 玻璃化转变温度的测定 差示扫描量热法
 
 三、数据分析　
 Tg判定：在DSC曲线上，玻璃化转变表现为台阶状变化。根据GB/T19466.2-2004/IS011357-2:1999标准，Tg取基线偏移中点的温度。　
 软件处理：利用仪器配套软件进行切线分析，确定起始点、中点和终点。
 
 3.1影响测量结果的因素　
 1. 升温速率：速率过高可能导致Tg向高温偏移，建议选择10℃/min。  
 2. 样品均匀性：填料或增塑剂分布不均会导致多重转变峰。  
 3. 热历史消除：初次加热需覆盖材料熔点以上，再冷却至低温以消除加工热历史。  
 4. 水分干扰：吸水性橡胶需预先干燥，避免蒸发吸热峰掩盖Tg。
 
 3.2 实际应用案例　
 天然橡胶（NR）：典型Tg约为-70℃至-60℃。　
 丁苯橡胶（SBR）：Tg范围-50℃至-30℃，受苯乙烯含量影响。
 

 氟橡胶（FKM）：Tg较高（约-20℃至0℃），需调整测试范围至-50℃~100℃。
 差示扫描量热法测定橡胶Tg的可靠方法，通过准确的测量，可为橡胶配方设计、质量控制和低温性能评估提供关键数据。