DSC+Identify 鑒定塑料部件及雜質成分

前言

塑料材料種類繁多，在工業領域，進行原料、成品與雜質的成分鑒別的需求十分常見。DSC 技術是一種用于鑒別塑料成分的常用輔助手段。傳統上，一般基于 DSC 掃描譜圖上的 Tm（熔融峰溫）、Tg（玻璃化溫度）、△Hm（熔融熱焓）等相關信息，根據與文獻數據的相似性，結合分析者經驗進行判斷。Netzsch 公司最新推出的 DSC-Identify 譜圖識別技術，基于數據庫中海量譜圖的自動檢索與指紋特征匹配，來對未知樣品成分進行鑒定，為塑料工業的成分鑒別提供了一種方便而有力的手段。

本文中對某塑料工程公司送檢的兩種塑料成分，進行了 DSC 測試與成分分析。我們在進行了 DSC 測試之后，基于客戶提供的信息，同時基于經驗與文獻查詢，進行了成分的初步判斷。我們又使用DSC-Identify 技術，進行了這一項目所涉兩種塑料成分的進一步驗證鑒定。

案例 1：POM 管件鑲嵌雜質

樣品：藍色塑料管，螺紋上有黃色塑料雜質。

測試目標：客戶猜想該雜質可能是 PC 或 PA66。需通過 DSC 檢測進行推斷。

圖 1  含雜質樣品三次升溫的DSC 圖譜

圖 2 經液氮快速冷卻后含雜質樣品的 DSC 圖譜

圖 1 和圖 2 是對 POM 管件上鑲嵌雜質進行成分鑒定的 DSC 圖譜。根據 DSC 圖譜信息，大致可以推斷出該雜質聚合物可能為 PA66，理由如下：

1)   PC 是一種無定型的熱塑性工程塑料，在260℃附近的吸熱峰不可能是 PC 的熔融峰。另外，POM 的玻璃化轉變溫度約-60℃，但是在 DSC 曲線上并沒有出現對應的吸熱臺階，所以根據圖 1 可以排除該雜質是 PC 或者 POM 的可能。

2)   從圖 1 可以發現，玻璃化轉變溫度隨著熱處理次數的增加而逐漸往高溫方向移動（大約從10℃ 遷移到60℃左右）。PA66具有這種相似的熱行為，這是因為 PA66 易于吸濕，而隨著熱處理的進行， 材料的濕度逐漸減小，導致了玻璃化溫度向高溫方向移動。

3)   至于在 174℃ 左右的寬峰，很可能是雜質材料本身的應力松弛或熱歷史，因為該管件材料 POM

的熱處理溫度是在 PA66 的熔點溫度以下來進行的。

4)   圖 2 為對熔融狀態下雜質材料進行液氮淬冷（防止結晶）之后，進行的升溫測試。可以得到雜質的玻璃化轉變溫度大約在 68℃，與 PA66 的玻璃化溫度文獻值（70...90℃）較為吻合。自 281℃起曲線出現往放熱方向的漂移，或與管材成分 POM 的起始分解有關。

DSC-Identify 檢索驗證

對圖 1 中的二次升溫曲線進行 Identify 檢索，結果如下：

圖 3 雜質樣品實測曲線（藍色）與數據庫中的 PA66-GF30 曲線（紅色）對比

Identify 檢索結果亦為 PA66，圖 4 中紅色曲線為數據庫中的 PA66-GF30 圖譜。兩者的相似度為 67.17%。

案例 2：未知塑料齒輪

樣品樣品：硬質塑料。

測試目標：判斷該塑料的成分。

圖 4 塑料齒輪的DSC 圖譜

基于圖 4 中的第二次升溫曲線，發現與 PEEK 理論報導的相關特征溫度（玻璃化溫度：145～155℃，熔點：335~345℃）十分相似，判斷塑料齒輪材料應為 PEEK。

DSC-Identify 檢索驗證

圖 5 未知塑料樣品Identify檢索結果。實測曲線（藍色）與數據庫中的 PEEK 曲線（紅色）對比

數據庫檢索結果同樣顯示，該樣品材料最可能為 PEEK，其匹配度高達 97.41%。而其他聚合物條目的匹配程度均較低。由此進一步證實了該塑料材料應為 PEEK 成分。

結論

在傳統意義上，使用 DSC 方法進行塑料成份鑒定，一般基于DSC 掃描譜圖上的 Tm（熔融峰溫）、Tg（玻璃化溫度）、△Hm（熔融熱焓）等相關信息，根據與文獻數據的相似性，結合分析者經驗進行判斷。

Netzsch 公司推出的 Identify 智能鑒別技術，則為塑料成分的 DSC 方法鑒定提供了一種快速、方便而可靠的強有力的工具。值得一提的是，Netzsch Identify 數據庫不僅內置了近百種不同聚合物的實測譜圖與文獻數據，而且還支持用戶將自測的聚合物譜圖（如手頭純物質或標準樣品的實測譜圖）添加到數據庫中，以對數據庫進行擴展，并用于今后的材料鑒定。這就進一步提高了實際應用中材料成分鑒定的可靠性，避免了實際材料與文獻數據在材料純度（共混、填料影響）、分子量分布、支鏈化程度、結晶程度、工   藝因素等等方面的差異所可能帶來的匹配偏差。

作者：

徐粱

朱明峰

曾智強