[发明专利]基于超临界二氧化碳差示扫描量热仪的测试方法

说明书

本发明公开了一种基于超临界二氧化碳差示扫描量热仪的测试方法。该仪器包括钢瓶及虹吸管、增压泵、炉体和控制系统等。方法是采用铝制坩埚制样后扎孔放置在炉体内，然后设置系统待测压力，同时使炉体预热在50～80℃，通过虹吸管和增压泵将钢瓶内的二氧化碳加压至炉体，至设定的超临界压力后，停止炉体预热并按照设置的温度程序测定样品的反应热。超临界二氧化碳具有极强的溶解能力，是很多领域的理想溶剂，但超临界二氧化碳似气非气，似液非液，压力以及进样非常难以控制。本发明采用了虹吸管和高压柱塞泵解决了超临界二氧化碳差式扫描量热仪的进料问题，并通过炉体预热和二氧化碳预储存的手段使得在测试过程中压力稳定，从而获得可靠的数据。

技术领域

本发明涉及超临界二氧化碳环境的量热分析，具体为基于差式扫描量热仪的成套设备的测试方法。

背景技术

超临界二氧化碳(CO₂)的的临界温度是31.3℃，压力是7.38兆帕斯卡(MPa)，其密度接近于液体，粘度近于气体，因而同时具有气体的快速扩散性和液体的强溶解能力。CO₂价格低廉，无毒环保，并且临界温度低、易于操作，目前已经被广泛用于各行各业中。

聚合物发泡材料是指以塑料、橡胶、弹性体或天然高分子材料等聚合物为基础，在其内部充填微小气泡的材料，通常采用超临界CO₂来发泡。发泡材料由塑料和气体组成，相比于普通塑料它质量轻、密度低、且力学性能比较好，隔热隔音缓冲效果都要优于普通塑料，因此被广泛用于工业、制鞋业等多个领域。聚合物发泡材料的轻量化技术非常具有发展前景，目前也已经被纳入国家重点研发计划，这些发泡材料通常是在反应釜中通入一定压力的超临界CO₂气体，然后再热处理制备而成[杨明警,严正,曹建国等.成型工艺对超临界CO₂发泡PP结构与性能的影响.工程塑料应用,2016,44(1):62-67.]。热处理温度是超临界CO₂发泡工艺的重要参数，通常会选择在熔点附近，以聚丙烯(PP)为例，当发泡温度低于熔点时，PP几乎处于不流动的刚性状态，此时超临界CO₂只能渗透进入一小部分，很难形成均相体系；当温度高于熔点时，PP的流动性会增强，但是熔体强度会急剧下降，此时超临界CO₂很容易从熔体中逸出，难以形成发泡材料，所以发泡温度的选择至关重要，如果能模拟反应釜条件测试出材料的熔点，那么在工艺参数的选择上将事半功倍[丁美娟,曹贤武,梁健飞.超临界CO₂发泡热塑性聚烯烃弹性体材料的研究.中国塑料,2019,33(1):1-5.]。

差示扫描量热仪(DSC)是一种可以测试材料熔点、结晶、反应等转变过程的仪器设备，通常在常压气体条件中运行。高压DSC是在传统DSC基础上衍生出来的一种产品，市面上的高压DSC最高测试压力约为15MPa，但是只适用于普通气体。用于超临界体系的DSC目前市面上还没有相关设备，并且也未有相关发明专利公开。因此我们发明了一种超临界二氧化碳差示扫描量热仪及其测试方法，解决了材料发泡温度选择的难题。

发明内容

为了解决超临界二氧化碳体系反应热的测试难题，本发明提出了一种可用于该体系测试的装置和方法。

本发明解决技术问题所采用的方案如下：

一种基于超临界二氧化碳差示扫描量热仪的测试方法，所述的超临界二氧化碳差示扫描量热仪包括二氧化碳钢瓶、虹吸管和差示扫描量热仪的炉体；所述虹吸管一端伸入二氧化碳钢瓶内，另一端依次连接钢瓶总阀、止回阀、减压阀、泵前阀、增压泵、泵后阀后，分为两条进气支路，第一进气支路接入炉体的吹扫气入口，第二进气支路接入炉体的反应气进口；所述第一进气支路上设有吹扫阀和流量控制器，所述第二进气支路上设有进口压力控制器，且进口压力控制器的前后端连接一条带有进口阀的第三支路；所述炉体的出口连接两条出气支路，第一出气支路上设有出口阀，第二出气支路上设有出口压力控制器；

所述测试方法包括如下步骤：

S1、样品制备：采用铝坩埚制样后扎孔放置在炉体内；