DSC 214 - 軟件功能
Proteus® 7.0：省時(shí)省力的軟件
簡化的程序設(shè)置用戶界面（SmartMode），一鍵自動(dòng)曲線分析（AutoEvaluation），和未知曲線的識(shí)別功能（Identify）是軟件的關(guān)鍵功能，能夠?yàn)槠渌蝿?wù)大大節(jié)省時(shí)間。即使沒有經(jīng)驗(yàn)的使用者也能夠快速安全的得到有意義的結(jié)果。
當(dāng)用戶較好地掌握了 DSC 操作技能之后，可以利用專家模式使用 Proteus® 軟件的所有功能。對(duì)于使用 AutoEvaluation 得到的結(jié)果也能夠進(jìn)行手動(dòng)處理和重新計(jì)算，這使得經(jīng)驗(yàn)豐富的使用者能夠全面掌握分析過程。
Proteus® 軟件的 7.0 版本是特別針對(duì) DSC 214 Polyma，能夠與 WindowsXP, Windows 7 或 Windows 8.1 兼容。軟件與儀器配套使用，并且能夠在另外的電腦上安裝使用。
智能模式（SmartMode）— 通往高效的捷徑
隨著 DSC 214 Polyma 的推出，新型的智能模式軟件界面也隨著誕生。
由于其直觀的界面具有清晰的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)航的一致性和用戶友好性，即使沒有任何經(jīng)驗(yàn)的使用者也能很快的找到使用方法。
在 Wizards 的菜單目錄下，有一系列常規(guī)的預(yù)定義測(cè)試方法。這些方法只需要極少的輸入就能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵測(cè)試。這些方法還能夠互相組合。預(yù)定義方法包含了 NETZSCH 聚合物物性海報(bào)中的所有材料對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法，能夠立即開始測(cè)試。客戶設(shè)定方法則可以讓用戶保存之前的測(cè)試方法以便下一次測(cè)試使用。
自動(dòng)分析（AutoEvaluation）— 完全自動(dòng)的分析方法
自動(dòng)分析（AutoEvaluation）是一種全新開發(fā)的軟件功能，能夠一鍵自動(dòng)分析熱塑性聚合物、橡膠和樹脂等未知材料的曲線。自動(dòng)分析功能首先分析的是 DSC 曲線上的關(guān)鍵效應(yīng)如玻璃化轉(zhuǎn)變、熔融峰，然后分析的是其他熱效應(yīng)如重結(jié)晶。通過軟件的智能計(jì)算，即能使用戶獲得本來需要專業(yè)知識(shí)才能獲取的信息，這在熱分析發(fā)展史上，尚屬首創(chuàng)。
曲線識(shí)別（Identify） — 使每一個(gè)用戶都成為專家
曲線識(shí)別（Identify）是一個(gè)很特別的工具，只需輕輕一擊就能夠自動(dòng)識(shí)別解析曲線。軟件的這部分功能是為了進(jìn)行材料識(shí)別和質(zhì)量控制而設(shè)計(jì)的。給定材料的曲線特性和軟件集成的數(shù)據(jù)庫相比，能夠自動(dòng)識(shí)別材料的類型。在 DSC 技術(shù)領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)庫比對(duì)是獨(dú)一無二的。識(shí)別功能的數(shù)據(jù)庫中不僅包含了 NETZSCH 的典型聚合物曲線譜庫，還能通過添加用戶自己的聚合物或復(fù)合物的曲線進(jìn)行擴(kuò)展?？梢允褂糜脩糇远x的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)品類別設(shè)定?？梢詫⒛承┡蔚臉悠放c另一些批次進(jìn)行客觀比較 — 這在質(zhì)量控制和失效分析領(lǐng)域中尚屬首創(chuàng)。
自動(dòng)校正（AutoCalibration）— 必要步驟的簡化
DSC 儀器校正是 DSC 測(cè)試正確的先決條件。這能確保儀器在預(yù)設(shè)的參數(shù)內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。但是校正程序本身應(yīng)該簡單快速，理想情況是能夠一次性完成。解決的方法是自動(dòng)校正。這種特殊的軟件功能為普通的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試提供了預(yù)定義的校正方法，并對(duì)校正測(cè)試進(jìn)行全自動(dòng)分析，如分析熔融峰值，計(jì)算校正曲線和檢查其有效性。因此自動(dòng)校正簡化了耗時(shí)的常規(guī)任務(wù)。
DSC 214 - 應(yīng)用實(shí)例
使用 DSC 進(jìn)行聚合物質(zhì)量控制—進(jìn)貨檢驗(yàn)
圖中顯示了看似相同的兩種顆粒的 DSC 曲線，樣品為 PA66，分別在不同時(shí)間交付（以 20K/min 的速率降溫后二次升溫）。藍(lán)色曲線（舊樣）上在 63°C 出現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變，263°C 出現(xiàn)熔融峰，均為 PA66 的典型表現(xiàn)。在新料（紅色曲線）上則出現(xiàn)了雙峰，峰值溫度為 206°C 和 244°C。這表明新料中可能存在與 PA66 共混的第二種聚合物。
樣品質(zhì)量：11.96 mg（藍(lán)色）和11.85mg（紅色）；在動(dòng)態(tài) N2 氣氛下以 20K/min 降溫后再以 20K/min 升溫至 330°C。
使用 DSC 進(jìn)行聚合物質(zhì)量控制—氧化穩(wěn)定性
OIT 測(cè)試（氧化誘導(dǎo)時(shí)間）是用于評(píng)價(jià)聚合物特別是聚烯烴耐氧化性的常用測(cè)試方法。在這個(gè)例子中，兩個(gè) PP 樣品在動(dòng)態(tài)氮?dú)鈿夥障录訜岬?200°C。在加熱過程中檢測(cè)到的吸熱峰對(duì)應(yīng)于聚丙烯的熔融。在 200°C 恒溫 3 分鐘，將氣體切換至空氣。其后出現(xiàn)的放熱效應(yīng)為聚合物的氧化分解。此例中，樣品A（OIT 6.6分鐘）比樣品B（OIT 11.6分鐘）更早的發(fā)生了氧化反應(yīng)。
樣品質(zhì)量：9.48mg（樣品A）和 9.55 mg（樣品B）；在 N2 氣氛（50 ml/min）下以 20K/min 加熱至 200°C，在 N2 下恒溫 3min；在空氣下（50ml/min）恒溫直至分解。
橡膠的低溫性能測(cè)試 - SBR 橡膠的二次升溫
右圖所示為 SBR 橡膠樣品在 -100℃ 到 220℃ 間的兩次升溫曲線，兩次升溫過程中都測(cè)得 -47℃（中點(diǎn)）的玻璃化轉(zhuǎn)變，且 0℃ 到 70℃ 間都有個(gè)較寬的吸熱峰，猜測(cè)為添加劑的熔融。僅在一次升溫過程中檢測(cè)到峰值為 169℃ 的放熱峰，為彈性體后固化過程。
熱塑性聚氨酯的熱性能測(cè)試
下圖為熱塑性聚氨酯（TPU）樣品的測(cè)試結(jié)果。一次升溫過程中，玻璃化轉(zhuǎn)變出現(xiàn)在 -42°C，為樣品中鏈段的軟化過程。一次升溫過程中在 100°C 到 210°C 有兩個(gè)吸熱峰，二次升溫過程中只檢測(cè)到其中一個(gè)由熔融（熱塑性組分）引起的可逆轉(zhuǎn)變（7.40J/g），不可逆轉(zhuǎn)變的峰（207°C）為易揮發(fā)組分或添加劑的揮發(fā)，這種揮發(fā)導(dǎo)致玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高，二次升溫過程中檢測(cè)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為 -28°C。
樣品質(zhì)量：10.47mg，N2 氣氛，以 10K/min 的速率從 -100°C 升溫至 250°C，兩次升溫
半結(jié)晶熱塑性材料的等溫結(jié)晶
DSC 214 Polyma 配合 IC70 機(jī)械制冷，測(cè)試 PA66 GF30（30%wt 玻璃纖維）的等溫結(jié)晶過程。較低的爐體熱質(zhì)量，使得爐腔內(nèi)部可在幾秒內(nèi)實(shí)現(xiàn) 60℃ 的降溫。在這個(gè)前提下，才有可能將 PA66 的結(jié)晶過程（17min 附近的結(jié)晶峰）和溫度調(diào)整引起的曲線波動(dòng)（15.4min 至 16min 之間的曲線波動(dòng)）分開。同時(shí)從溫度曲線可見，在急速降溫時(shí)溫度過沖極小，說明 DSC214 Polyma 具有杰出的冷卻性能。
回收料的影響—失效分析
本例中研究的是兩種用于注塑成型的聚丙烯回收料，材料 A 在注塑過程結(jié)束的時(shí)候已完全結(jié)晶，而材料 B 仍處于熔融狀態(tài)，通過 DSC 測(cè)試，可以分析兩種材料結(jié)晶行為存在差異的原因。
降溫過程中的放熱峰為高聚物的結(jié)晶過程?；厥樟?A（藍(lán)色曲線，結(jié)晶起始點(diǎn) 126℃）的結(jié)晶起始溫度高于回收料 B（紅色曲線，結(jié)晶起始點(diǎn) 122℃）。
除了峰值為 121℃（藍(lán)色曲線）和 118℃（紅色曲線）的主峰外，還有 97℃ 的峰（藍(lán)色曲線）和 107℃ 的肩峰（紅色曲線），小的吸熱峰說明材料中還存在另外一種組分，材料 A 中的這一組分導(dǎo)致了較早的成核過程。
PP 再生料的不同結(jié)晶行為
樣品質(zhì)量：約 13mg，N2 氣氛，升溫至 200℃ 后以 10K/min 速率冷卻
通過二次升溫曲線可做進(jìn)一步驗(yàn)證，除了 165℃ 和 163℃ 的吸熱峰（PP材料典型的熔融峰），藍(lán)色曲線在 110℃ 和 124℃ 還有兩個(gè)吸熱峰，說明材料 A 中還含有 LDPE、LLDPE 或 HDPE（熔融溫度隨密度增大而升高）等額外的組分。相反，材料 B 中僅在 126℃ 有一個(gè)小的吸熱峰。
混入了不同 PE 雜質(zhì)的 PP 再生料的熔融
樣品質(zhì)量：約 13mg，N2 氣氛，以 10K/min 速率冷卻后再以 10K/min 升溫至 200℃
注塑成型的工藝參數(shù)優(yōu)化
半晶態(tài)高聚物（如 PBT）的結(jié)晶行為隨冷卻歷史不同而變化，這對(duì)于預(yù)估實(shí)際生產(chǎn)過程中的開模、取出成品部件的溫度非常重要。
本例顯示的是含 30%wt 玻璃纖維的PBT材料，以多種不同的降溫速率（20K/min到200K/min）冷卻后的升溫曲線。
升溫過程統(tǒng)一采用 50K/min 的升溫速率，以 20K/min 速率冷卻后的升溫曲線（紅色）可以明顯的看到 PBT 材料典型的β相肩峰；以 50K/min 速率冷卻后的曲線（藍(lán)色）上β相吸熱峰的溫度降低，與主峰分的更開；而以 100K/min 和 200K/min 速率冷卻后的曲線（分別對(duì)應(yīng)綠色和黑色）上只看到放熱的冷結(jié)晶過程，沒有β相的吸熱峰。
以不同速率冷卻后 PBT GF30 的升溫曲線
樣品質(zhì)量：10.1mg，升溫速率：50K/min
同時(shí)，下圖展示了不同降溫速率對(duì) PBT 結(jié)晶行為的影響。以 20K/min（紅色）的速率降溫時(shí)，PBT 結(jié)晶起始于 194℃，結(jié)晶峰值溫度為 188℃。以 200K/min（黑色）的速率降溫時(shí)，結(jié)晶起始溫度為 171℃，峰值溫度為 156℃，120℃ 時(shí)曲線出現(xiàn)拐折，但此時(shí)結(jié)晶放熱過程仍未完成。
PBT 在不同的冷卻速率下的降溫曲線
樣品質(zhì)量：10.1mg，N 2 氣氛，降溫速率 20K/min、50K/min、100K/min 和 200K/min
環(huán)氧粘合劑的動(dòng)力學(xué)分析
利用耐馳動(dòng)力學(xué)軟件建立化學(xué)反應(yīng)過程的動(dòng)力學(xué)模型，可以在用戶定義的溫度條件下對(duì)化學(xué)反應(yīng)體系的行為進(jìn)行預(yù)測(cè)，以進(jìn)行工藝優(yōu)化。
本例研究雙組分環(huán)氧粘合劑的固化過程，將三個(gè)樣品以不同速率（2K/min、5K/min 和 10K/min）升溫至 200℃，固化反應(yīng)的峰值溫度隨升溫速率提高而升高。單步反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型與試驗(yàn)曲線基本重合，相關(guān)系數(shù)高于 0.999。因此，此模型可用于對(duì)等溫和用戶自定義的溫度程序下的反應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
單步反應(yīng)的實(shí)測(cè)曲線（虛線）與理論曲線（實(shí)線）對(duì)比
下圖顯示的是不同溫度下恒溫時(shí)樣品的固化度隨時(shí)間的變化，由軟件基于動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算得到。在 120℃ 下恒溫 3min，樣品的固化度即達(dá) 95%，而在 110℃ 下達(dá)到同等固化程度需要恒溫 5min 以上。
不同溫度下等溫的固化反應(yīng)預(yù)測(cè)
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