ASTM D3418-08 中文版 热分析聚合物转变温度测试方法

热分析聚合物转变温度测试方法

1.

范围

1.1本测试方法包括了用DSC测试聚合物的转化温度、热焓和结晶焓。

备注1：与结构有关的真正的热熔的测定常常需要专门的结晶条件。

1.2本测试方法适用于颗粒状或任何形状的聚合物制成的适合的试样。

1.3正常的操作温度范围是从低温到600℃。某些设备允许超出该温度范围。

1.4数值以SI制（国际单位制）单位为准。

备注2：本测试方法不适用于该类型聚合物（见6.8）。

1.5此标准并非旨在解决与它的使用有关的所有的安全问题。这是本标准的使用者有责任建

立适当的安全和健康措施，并确定使用前建立适用的规章限制。

备注3：本标准类似但不等同于ISO11357-1-2-3。ISO标准的程序中提供了一些额外的信息，

但是本测试方法未提供。

2.参考文献

2.1ASTM标准

E473热分析和流变学的相关标准术语

E691-为测定试验方法精密度开展的实验室间的研究的标准

E967-DSC和DTA的温度校准的测试方法

E968-DSC的热流量校准标准实施规程

E1142与热物理性能相关的标准术语

E1953热分析设备和流变设备描述规程标准

2.2ISO标准

ISO11357-1塑料DSC法第一部分总则

ISO11357-2塑料DSC法第二部分玻璃化转变温度的测定

ISO11357-3塑料DSC法第三部分熔融和结晶的温度和热焓的测定

3.术语

本测试方法中的具体技术术语在标准E473和E1142中被定义。

4.测试方法概要

4.1本测试方法是在控制了流速的指定的气氛中加热和冷却测试样品，用合适的传感装置不

断的检测记录样品和参比样之间的能量变化。试样由于能量的吸收和释放，在升温或冷

却曲线上以相应的吸热和放热峰或者以基线移动的形式表现出转变。

5.意义和使用

5.1热分析在一定的温度范围内升温和降温对测量聚合物的形态和化学改变提供了一个快

速的方法。具体的升温能力、升温速率和温度下测得的改变作为这些转变。通过DSC

测得的热转变可以用于帮助鉴定具体的聚合物、聚合物合金和一定的有化学转变聚合添

加剂。引起或者产生一定转变的化学反应也是该测试技术的测量目的，例如氧化、热固

性树脂的固化和热分解。

5.2本测试方法可用于规范验收、过程控制和研究。

6.干扰

6.1不同的升温或降温速率跟升温和降温的最终温度一样将会影响测量结果，特别是熔融焓

和结晶焓。因此，对于特定的聚合物没有指定的条件是不允许的。

6.2杂质的存在会影响转变温度，特别是如果杂质易形成固溶体，或是混在熔融相中。

6.3在400℃以上高温时由于辐射损失在一定程度上会影响结果的准确性。

6.4既然颗粒的尺寸也会影响测得的转变温度，试样的对比就应该选择近似一样的颗粒尺

寸。

6.5由于试样在温度循环期间会与空气发生反应，因此规定测试应在惰性气体的氛围中进行

以避免不正确的测量。因为一些材料会在熔融区域降解，小心区别降解和转变。

6.6由于只使用几毫克的试样，要保证试样的均匀性和代表性。

6.7当加热材料时会有有毒或腐蚀的废物释放出来，将对测试人员和设备有危害。

6.8并非用本测试方法都能够准确的表征所有的聚合物。对于一些聚合物例如聚芳基酰胺，

结晶只可能在溶液中进行。对于其他的聚合物例如结晶的聚苯乙烯，退火只可能在他们

的玻璃化转变温度之上。当本测试方法应用于该类聚合物时，小心退火样品没有达到条

件时被测试。

7.仪器

7.1DSC-使用的仪器要能提供本测试方法要求的最低的差示扫描量热分析能力。包括：

7.1.1DSC测试室-该室由以下部分组成

7.1.1.1炉子：在本测试方法可适用的低温到600℃范围内能提供控制恒定加热（冷却）温

度和恒定加热速率的炉子。

7.1.1.2温度传感器：能够提供指示试样温度精确到±0.01℃。

7.1.1.3差动传感器：能够检测到试样与参比之间1mW的热流差异。

7.1.1.4维持一个环境测试室的手段：能够控制气流速率在10~50±5ml/min。

备注4：当在空气中有氧化时，需要选用99%纯度以上的氮气、氦气和氩气。除非研究水汽

的影响，一般都是用干燥的气体。

7.1.2温度控制器：能够控制升降温速率在0.5~20℃/min，并在±0.1℃/min内波动。恒温

温度在±0.1℃/min内波动。

7.1.3记录装置：能够记录和显示DSC曲线和信号的噪声。

7.1.4软件：能够对吸热和放热峰的峰面积进行积分。

7.1.5容器（盘、坩埚等等）：对试样和参比样是惰性的；适合本测试方法的要求装下试样

和参比样。

7.1.6能够提供0.5~20℃/min降温速率的以获得可重复的结晶温度的降温能力的设备。和

能够提供恒定环境温度的设备。

7.1.7天平：能够称量到±10微克。

8.样品

8.1粉状或颗粒试样-为了避免10.1.3中的热循环，试样避免研磨。研磨或类似的处理会影

响试样的热历史。

8.2模压或球状试样：用显微镜用薄片切片机、刀片、冲压机、纸张打孔机或木头钻孔器切

割试样，或其他能得到满意尺寸的方法。厚度或直径和长度能正好合适7.1.5中的试样

容器。质量能够近似符合下面程序中的要求。

8.3薄膜或薄片试样：厚度超过40微米的薄膜参照8.2。更薄的薄膜切成适合试样容器的长

条或冲压成适合试样容器的圆形。

8.4使用除8.1-8.3中提到的其他的形状的样品，当需要做仲裁测试时，需要做成8.3中提到

的薄膜。

9.校准

9.1校准时也需要使用吹扫气体。

9.2根据E967使用本测试方法相同的升温速率（10℃/min）校准DSC温度。（见备注5）

9.3根据E968使用本测试方法相同的升温速率（10℃/min）校准热流信号。（见备注5）

9.4一些仪器允许校准温度同时校准热流值。这种情况下也是使用本测试方法相同的升温速

率（10℃/min）和厂商的说明书。

备注5：使用其他的升温速率也是允许的，但是必须报告中指出。使用者有责任指出其他的

速率与本测试方法的等同的证据。

10.

程序

10.1第一次转变（熔融和结晶）：

10.1.1测试期间必须使用吹扫气流。气体流速将与9.1中一样。

10.1.2使用合适的试样质量进行测试，在大多数情况下，5mg试样质量是比较合适的。避

免过载。称量试样精确到±10微克。

10.1.2.1注意试样与盘底的密切接触，这样有较好的热的传递。在盘上加一个金属盖，把试

样放在中间做成三明治的形式以得到较好的热转变。小心保证盘底的平整。

10.1.3从低于熔点至少50℃开始以10℃/min的升温速率开始升温到高于熔点至少30℃以

上，以消除热历史。记录初次热循环曲线。

备注6：当研究退火的影响时，温度和时间的选择可变。暴露在高温的时间尽量短，以避免

升华和分解。在某些情况下，初次的热循环易干扰转变，引起不正确的转变或消除了转变。

当这种影响存在时，省略初次热循环。

10.1.4在该温度保持5min（10.1.3）

备注7：一些情况下，高温退火会导致高聚物的降解，使用更短时间的退火时间是允许的，

但是在报告中需指出。

10.1.5以10℃/min的速率冷却到至少低于结晶峰50℃，记录冷却曲线。

10.1.6在该温度保持5min。

10.1.7重复以10℃/min的速率升温并记录升温曲线。用该曲线计算转变的热焓。

10.1.8测量曲线上希望得到的温度点：T

eim

,T

pm

,T

efm

,T

eic

,T

pc

和T

efc

（见Fig.1）

T

eim

：外推起始熔融温度

T

pm

：熔融峰顶温度

T

efm

：外推终止熔融温度

T

eic

：外推初始结晶温度

T

pc

：结晶峰顶温度

T

efc

：外推终止结晶温度

备注8：温度轴上的实际温度的显示依赖仪器类型（例如试样温度、程序温度或试样-程序

温度的平均值）。仪器商的任何推荐温度或指导方针都应该以试样温度作为感兴趣的温度。

10.2玻璃化转变：

10.2.1测试期间必须使用吹扫气流。气体流速将与9.1中一样。

10.2.2使用合适的试样质量进行测试，在大多数情况下，10-20mg试样质量是比较合适的。

称量试样精确到±10微克。

10.2.3从低于转变至少50℃开始以20℃/min的升温速率开始升温到高于转变至少30℃以

上，以消除热历史。记录初次热循环曲线。

10.2.4在该温度恒温5min。（见备注7）

10.2.5淬火到至少低于转变温度50℃。

10.2.6在该温度恒温5min。

10.2.7重复以20℃/min的升温速率升温，记录升温曲线直到想得到的转变完成。（见备注5）

10.2.8更快的升温速率，玻璃化转变更显著。20℃/min的升温速率常用于Tg的测量。仪

器应该在该升温速率校准。如果一次运行需要同时测试第一和第二次转变（Tm和

Tg分别地），使用10.1中的程序和鉴定第二次升温步骤中的结果（10.1.7）。

备注9：用10.1程序中测得的Tg将与10.2.3-10.2.7程序中测得的不同。升温速率必须在12.1.3

中报告。

10.2.9计算Teig，Tmg和Tefg（见Fig2）

Teig=外推起始温度

Tmg=中点温度

Tefg=外推终止温度

在玻璃化转变后，一条新的基线可能是在一个峰后（见备注10），对于大部分的软件，Tmg

温度更有意义。因此，将Tmg代替外推起始温度作为玻璃化转变温度Tg。

备注10：一些聚合物由于退火产生的应力松弛峰经常在初次热循环中出现。在转变后将出

现一条新的基线。

11.计算熔融焓和结晶焓

11.1在熔融峰和结晶峰两边取两点建立一条基线。

11.2在11.1中的方法不适用于特定的材料。就需要厂商和购买者自己确定其它的取值的方

法。

11.3峰面积作为转变的吸热或者放热量mJ。

11.4再根据试样的质量来计算转变的热焓值J/g。

12.

报告

12.1报告一下信息

12.1.1材料测试的鉴定和描述，包括来源、仪器型号。

12.1.2仪器测试使用的描述

12.1.3试样的质量、尺寸、形状和试样容器和升温速率的描述。

12.1.4温度校准程序的描述

12.1.5气体的流速、纯度和成分，如果可能包括含水量。

12.1.6根据Fig.1和测试的目的给出合适的转变的温度。对于半结晶的聚合物通常都是给第

一次转变时的Tpm和Teic作为特性温度。

12.1.7熔融焓或结晶焓或两者都给。

12.1.8任何反应（例如交联、热分解或氧化），如果可能都应该给出鉴定。

13.精密度和偏差

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