[发明专利]一种测定半结晶高分子材料各相态组分含量的热分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半结晶高分子材料，具体涉及一种测定半结晶高分子材料各相态组分含量的方法。

背景技术

根据分子空间排布的规整性，高分子材料可分为结晶高分子和无定型高分子。一般来说，大多数结晶高分子材料由于分子链堆砌成晶体时，链的末端以及缠结点等部分会被排斥在晶区外，所以整个分子链只能部分结晶，所形成的晶体不够完善，即形成半结晶性高分子。玻璃化转变是半结晶高分子常见的一种现象，是非晶分子在温度场中，力学状态在玻璃态和高弹态之间的转变，它能够反映高分子材料链段运动状态及其它结构。

热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。它是研究高分子相变一种非常有效的分析手段。差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry，DSC)是一种热分析技术，它是在程序控制温度下，测量试样和参比物的热流差或功率差与温度或时间的关系。而步进扫描差示扫描量热(StepScan Differential Scanning Calorimetry，SSDSC)技术是在传统DSC的线性程序升温速率上叠加一个步进形式的震荡波，实现对温度的调制，最终可将SSDSC曲线解析为可逆(主要是玻璃化转变、熔融等)与不可逆(主要是固化、焓松弛和结晶等)两部分，从而可以获得更加准确的比热容和玻璃化转变温度。在半结晶高分子材料的研究测试中，SSDSC技术被人们用来研究材料的可逆与不可逆变化，没有进一步进行材料的相态组分含量(结晶态和无定型态等)的研究。为此，在本发明中我们将运用SSDSC这一热分析技术测定半结晶高分子材料的可逆比热并以此进行相态组分含量的计算。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种测定半结晶高分子材料各相态组分含量的热分析方法，方便快捷的获得半结晶高分子材料的总热流、可逆比热容和玻璃化转变温度，并以此计算三种相态组分(结晶态，流动无定型态和硬无定型态)含量。

技术方案：本发明提供了一种测定半结晶高分子材料各相态组分含量的热分析方法，包括以下步骤：

(1)用标准物质蓝宝石对DSC仪器的准确性和重复性进行评价；

(2)选用2～50mg半结晶高分子材料作为待测试样，分别采用常规式和步进式升温对样品进行加热，分别获得一条DSC曲线和一条StepScan DSC曲线；

(3)将StepScan DSC曲线解析为一条可逆比热容曲线和一条不可逆热流曲线，通过可逆比热容曲线上比热容的不连续突变来确定玻璃化转变位置，再根据玻璃化转变时的比热容增量ΔC_p和DSC曲线上的熔融焓ΔH_m，确定半结晶高分子不同相态组分的含量。

进一步，步骤(1)取40mg蓝宝石作为标准样品进行步进式升温，实验结束即可获得一条StepScan DSC曲线，然后由StepScan C_p程序计算获得蓝宝石的比热容；重复上述实验，对比两组实验结果，曲线中获得的比热容值与标准值之间的误差小于2％即可。

进一步，步骤(1)(2)在惰性气氛中进行实验，流量为15ml/min，样品的用量为2～50mg。

进一步，步骤(2)常规升温程序是在25～300℃内连续升温，升温速率10℃/min。

进一步，步骤(2)步进式升温程序是在25～300℃内进行升温，升温速率2～10℃/min，每升高1～5℃等温1～10min。

进一步，当试样加热的最终温度高于135℃时，所述步进式升温在始末温度处分别等温1～20min。

进一步，步骤(3)包括以下计算过程：

①通过StepScan C_p程序将StepScan DSC曲线解析为一条可逆比热容曲线和不可逆热流曲线；

②样品从开始熔融t₁与到熔融结束t₂，对DSC曲线的整个熔融过程进行积分，所积分的面积即为半结晶高分子的熔融焓ΔH_m：

式中，Q_s为样品的热量，Q₀为基线的热量；

③根据ΔH_m和100％结晶高分子的熔融焓ΔH_f值便可得到结晶态X_C的组分含量：

④通过对可逆比热容曲线上不连续突变区域进行计算，可获得样品发生玻璃化转变时的比热容增量ΔC_p；