热重分析实验报告.docxVIP

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材料与建筑工程学院 实验报告 课程名称:材料物理性能 专 业: 材料科学与工程 班 级: 2013 级本科 姓 名:张学书 学 号: 132202010083 指导老师: 谢礼兰老师 贵州师范大学材料与建筑工程学院 学生实验报告 贵州师范大学学生实验报告 成 绩 实验一: STA449F3同步热分析仪的结构原理及操作方法 一、 实验目的 1、熟悉同步热分析仪的基本原理。 2、了解 STA449 F3型同步热分析仪的构造原理及性能。 3、学习 STA449 F3型同步热分析仪的操作方法。 二、 实验原理 差示扫描量热法( DSC)是指在加热的过程中,测量被测物质与参比物之间的能 量差与温度之间的关系的一种方法技术。图 1-1 为功率补偿式 DSC仪器示意图: 1 3 4 5 2 图 1-1 功率补偿式 DSC示意图 温度程序控制器; 2. 气氛控制; 3. 差热放大器; 4. 功率补偿放大器; 5. 记录 仪 当试样发生热效应时,譬如放热,试样温度高于参比物温度,放置在它们下面的一组差示热电偶产生温差电势 U T,经差热放大器放大后送入功率补偿 放大器,功率补偿放大器自动调节补偿加热丝的电流,使试样下面的电流 Is 减 贵州师范大学材料与建筑工程学院 学生实验报告 小,参比物下面的电流 IR 增大,而 Is+IR 保持恒定。降低试样的温度,增高参 比物的温度,使试样和参比物之间的温差 T 趋于零。上述热量补偿能及时,迅 速完成,使试样和参比物的温度始终维持相同。 设两边的补偿加热丝的电阻值相同, 即 RS=RR=R,补偿电热丝上的电功率为 PS=IR和 PR=IR。当样品没有热效应时, PS=PR;当样品存在热效应时, PS和 PR 的差 P能反映样品放(吸)热的功率: P= PS-PR= IR -IR=  (IS+IR )(  IS-IR  )R =  ( IS+IR )  V=I  V  (1) 由于总电流  IS+IR  为恒定,所以样品的放(吸)热的功率  P 只和  V 成正比, 记录 P随温度 T 或者时间 t 的变化就是试样放热速度 (或者吸热速度)随 T(或 t )的变化,这就是 DSC曲线,在 DSC中,峰的面积是维持试样与参比物温度相 等所需要输入的电能的真实量度,它与仪器的热学常数或试样热性能的各种变 化无关,可进行定量分析。 DSC曲线的纵坐标代表试样放热或吸热的速度, 即热流速度,右边的积分就是峰 的面积,峰面积 A 是热量的直接度量,也就是 DSC直接测量热效应的热量,但 是试样和参比物与补偿加热丝之间总是存在热阻,补偿的热量有些失漏,因此 热效应的热量应该是 Q=KA,K为仪器常数,可由标准物质实验确定,这里的 K 不随温度、操作条件而变,这就是 DSC与 DTA定量性能好的原因;同时试样和 参比物与热电偶之间的热阻可作得尽可能的小,这就使 DSC对热效应的响应快、 灵敏、峰的分辨率好。 图 1-2 是试样的 DTA曲线或 DSC曲线的模式图(我们以典型的聚合物 DSC 曲线为例),当温度达到玻璃化转变温度 Tg 时,试样的热容增大就需要吸收更 多的热量,使基线发生位移。假如试样是能够结晶的,并且处于过冷的非晶状 贵州师范大学材料与建筑工程学院 学生实验报告 态,那么在 Tg 以上可以进行结晶,同时放出大量的结晶热而产生一个放热峰。 进一步升温,结晶熔融吸热,出现吸热峰。再进—步升温试样可能发生氧化、 交联反应而放热,出现放热峰,最后试样则发生分解吸热,出现吸热峰。当然, 并不是所有的试样都同时存在上述全部的物理和化学变化的。 图 1-2 试样的 DTA曲线或 DSC曲线的模式图 确定 Tg 的方法是由玻璃化转变前后的直线部分取切线,再在实验曲线上取一点,如图 1-3 (a),使其平分两切线之间的距离 ,这一点所对应的温度即 Tg。Tm的确定,对于低分子的纯物质来说,象苯甲酸,如图 1-3 (b)所示,由峰的前部斜率最大处作切线和基线延长线相交, 此点所对应的温度取作为 Tm。对于聚合物来说,如图 1-3 (c)所示,由峰的两边斜率最大处引切线,相交点 所对应的温度为 Tm,或者取峰顶温度为 Tm。结晶温度 TC通常也是取峰顶温度, 峰面积的取法如图 1-3 (d) 和( e)所示。可以用积分的方法求出。 随着科学技术的进步,热分析仪也发生了很大的变化,特别是在控制技术和数 据处理方面,先进的硬件和软件大大简化了我们的工作。 STA449F3型同步热分 析仪由计算机和相应的软件控制,不但提高了仪器的精度,还可以自动处理数 据,求出 Tg、Tm和峰面积 A 等重要参数。 三、实验仪器及条件 STA449 F3 型同步热分析仪(德国耐驰公司)如图 1—4(a),(

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