高靈敏度還是高分辨率？—— DSC升溫速率的選擇

簡介

ABS是一種無定形聚合物，由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯組成，它的性能（尤其是耐沖擊性）與丁二烯相比丙烯腈和苯乙烯的比例及分布有一定的關系。

測試條件

ABS樣品（質量：11.54mg）以不同的升溫速率從-170°C升溫到200°C，升溫速率分別為20、50、100、200K/min。各次升溫測試間的降溫速率均設為20K/min，以保證每次升溫時高分子材料具有相同的熱歷史，這樣可以保證測試結果的差異僅來源于升溫速率的不同。

測試結果

圖 1顯示了總計4條不同升溫速率的DSC曲線。圖 2和圖 3分別顯示了升溫速率為20和50K/min，100和200K/min的DSC曲線。

圖 1：不同升溫速率下ABS的DSC曲線（20、50、100、200K/min）

圖 2：升溫速率為20和50K/min的DSC曲線

 圖 3：升溫速率為100和200K/min的DSC曲線

升溫速率為20K/min的DSC曲線（藍色）中，在溫度-77.6°C（中點）處探測到的吸熱臺階為聚丁二烯的特征玻璃化轉變溫度；在103.7°C（中點）處的第二個玻璃化轉變溫度可能來自苯乙烯部分；此外，在63.2°C和134.0°C（峰值）處探測到的兩個小峰源自添加劑的熔融，第二個峰的溫度為HDPE熔融的特征溫度，HDPE通常作為ABS產品的母料之一。

升溫速率對玻璃化轉變溫度有很大的影響：隨著升溫速率的變大，玻璃化轉變溫度向高溫側移動，例如，聚丁二烯部分的玻璃化轉變溫度，從20K/min的-77.6°C移動到200K/min的-50.7°C。

另外，升溫速率的增大還會導致熱效應的放大，玻璃化轉變臺階會變得更明顯。這是因為熱流與升溫速率成正比關系：Q=mCpHR，其中Q：熱流，m：樣品質量，Cp：比熱，HR：升溫速率。

但是，從曲線中可以看出，在升溫速率為20和50K/min的曲線中探測到的小峰，在100和200K/min的升溫速率下觀察不到。這是因為升溫速率影響了分辨率：使用較低的升溫速率，有助于提高相鄰熱效應的分離能力。

結論

高分子材料測試時常用的升溫速率在10-20K/min之間。當研究無定型高分子時，使用較快的升溫速率有助于檢測玻璃化轉變效應。但需要了解的是，其他一些較弱的熱效應像來自母料或其他添加劑的小的熔融峰可能會隨著升溫速率的增大逐漸消失。低的升溫速率可以用來提高分辨率；高的升溫速率則可提高靈敏度。