高灵敏度还是高分辨率？——DSC升温速率的选择

简介

ABS是一种无定形聚合物，由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯组成，它的性能（尤其是耐冲击性）与丁二烯相比丙烯腈和苯乙烯的比例及分布有一定的关系。

测试条件

ABS样品（质量：11.54mg）以不同的升温速率从-170°C升温到200°C，升温速率分别为20、50、100、200K/min。各次升温测试间的降温速率均设为20K/min，以保证每次升温时高分子材料具有相同的热历史，这样可以保证测试结果的差异仅来源于升温速率的不同。

测试结果

图 1显示了总计4条不同升温速率的DSC曲线。图 2和图 3分别显示了升温速率为20和50K/min，100和200K/min的DSC曲线。

图 1：不同升温速率下ABS的DSC曲线（20、50、100、200K/min）

图 2：升温速率为20和50K/min的DSC曲线

 图 3：升温速率为100和200K/min的DSC曲线

升温速率为20K/min的DSC曲线（蓝色）中，在温度-77.6°C（中点）处探测到的吸热台阶为聚丁二烯的特征玻璃化转变温度；在103.7°C（中点）处的第二个玻璃化转变温度可能来自苯乙烯部分；此外，在63.2°C和134.0°C（峰值）处探测到的两个小峰源自添加剂的熔融，第二个峰的温度为HDPE熔融的特征温度，HDPE通常作为ABS产品的母料之一。

升温速率对玻璃化转变温度有很大的影响：随着升温速率的变大，玻璃化转变温度向高温侧移动，例如，聚丁二烯部分的玻璃化转变温度，从20K/min的-77.6°C移动到200K/min的-50.7°C。

另外，升温速率的增大还会导致热效应的放大，玻璃化转变台阶会变得更明显。这是因为热流与升温速率成正比关系：Q=mCpHR，其中Q：热流，m：样品质量，Cp：比热，HR：升温速率。

但是，从曲线中可以看出，在升温速率为20和50K/min的曲线中探测到的小峰，在100和200K/min的升温速率下观察不到。这是因为升温速率影响了分辨率：使用较低的升温速率，有助于提高相邻热效应的分离能力。

结论

高分子材料测试时常用的升温速率在10-20K/min之间。当研究无定型高分子时，使用较快的升温速率有助于检测玻璃化转变效应。但需要了解的是，其他一些较弱的热效应像来自母料或其他添加剂的小的熔融峰可能会随着升温速率的增大逐渐消失。低的升温速率可以用来提高分辨率；高的升温速率则可提高灵敏度。