2020年第6期纺织衫准~质帚
□测试技术□
彩响差示扣描看熱a(D s c)测定歼瘫熔融蟑滬歲测试结票的®素 隋娇娇刘飞乜
(中纺标检验认证股份有限公司，100025)
【摘要】采用差示扫描量热仪（DSC)鉴别纤维时，试样预处理、样品量、升温速 率、载气流量和仪器基线等因素会对试验结果造成一定的影响，为了确定理想
的试验条件，采用D SC法分别测试各种纤维的熔融峰温度，对比分析了试样 预处理、样品量、升温速率、载气流量和仪器基线等试验条件对测试结果的影
响。该试验结果表明，在不对纤维进行预处理，且当样品量为3〜5 mg、升温速
率为10 -C/min、载气流量为20〜80 mL/m in并在试验前对D S C的仪器基线
扫描等条件下，可以根据纤维的熔融峰温度测试结果鉴别部分纤维，并通过不
同试验室间的验证试验，验证了上述试验条件的准确性和重复性。该试验表
明，采用D SC法测试且满足以上试验条件的测试结果可以鉴别部分纤维。
【关键词】DSC；测试方法；试验条件；对比；纤维熔融峰温度；纤维鉴别
【中国图书分类号】TS107 【文献标识码】B
【文章编号】1003-0611(2020)06-0041-06
1引言
近年来，因差示扫描量热法（以下简称“DSC 法”）具有分辨率高、灵敏度高和测试数据精确等优势，逐渐被用于鉴别纺织纤维。DSC法可以有效解决传统熔点法测试纤维熔点范围过宽、靠目测判断熔点误差大等问题。但在采用D SC法的实际测试中，影响测试结果的因素较多，如试验气氛、升温速率、样品用量及样品制备等[1]。由于，现有的相关文献中涉及用D SC法测试纤维熔融峰温度的纤维种类有限，对测试中影响测试结果因素的讨论尚不完全；因此，本文采用D SC法测试不同厂家生产的各种纤维，并在对比分析的基础上，筛选出D SC法的 理想试验条件，并通过不同试验室对上述试验条件
第一作者简介：隋娇娇（1995 — )，女，助理丁程师。研宄方向：纺织品标准。
收稿日期：2020年9月29日。进行了验证试验。
2试验
2.1原理与方案
2.1.1原埋
选用一定的惰性气氛（本试验的惰性气氛是由升温过程不与待测物发生化学反应的氮气构成的环境），在程序控温的条件下，测量试样和参比物的热流速率或加热功率差与温度的关系，得到D SC法测 试纤维熔融过程的特征温度曲线（见图1)。由于合 成纤维的结晶不完全，熔融温度的范围往往比较宽，通过D S C曲线可得到的特征温度包括：起始温度、外推起始温度、峰温度、外推终止温度及终止温度。由于某些合成纤维材料的峰型复杂，为便于直观分析，本试验主要讨论各影响因素对纤维熔融峰温度的影响，并根据不同的熔融峰温度鉴别纤维。
图中：
T,m—起始温度，由外推起始准仪器基线检知
42纺织标准4成蟥2020年第6期
^"i n i^c i m T'c f i n^f m
图1特征温度曲线
最初偏离热分析曲线的点所对应的温度；
Te im—外推起始温度，仪器基线与转变开始的曲线最大斜率处的切线交点所对应的温度；
T p m—峰温度，峰达到最大（小）值时所对应的温度；
Te(m—外推终止温度，仪器基线与转变结束的曲线最大斜率处切线的交点所对应的温度；
T lm—终止温度，由外推终止准仪器基线检知最后偏离热分析曲线的点所对应的温度。
2.1.2 方案
采用单因素试验方法，探讨了试样预处理、样品 量、升温速率、载气流量和仪器基线等因素对纤维熔融峰温度测试结果的影响，采用比对试验确定了上述参数，最后由不同试验室进行验证试验，证实上述参数的合理性和方法的可行性。
2.2方法或标准
按FZ/T 01057. 1—2007《纺织纤维鉴别试验方法第1部分：通用说明》抽取样品；采用D SC法测 试各种纤维的熔融峰温度。
2. 3样品与制备
2.3.1样品
样品为日常送检留存样中的合成纤维材料，包 括涤纶、锦纶6、锦纶66、丙纶、聚苯硫醚、仪纶、聚乳 酸和超高分子量聚乙烯纤维等。样品信息见表1。
2. 3. 2制备试样
将选取的样品用切片器或者剪刀剪碎，剪切长度为2〜3 mm，避免混入其他杂质；用天平称取3〜 5 m g，放入样品皿中，加盖压紧密封备用。
2.4仪器
DSC4000差示扫描量热分析仪[珀金埃尔默仪器（上海）有限公司];AE203型电子天平（精度为0. 01 m g，梅特勒-托利多仪器有限公司）；Y172- H
表1样品信息
编号纤维名称规格
1#涤纶 3. 3 dtexX60 mm
2#锦纶67. 7 dtex
3#锦纶6610 dtex
4^聚苯硫_ 2. 0 d tex X51 mm
5#仪纶1. 33 dtexX38 mm
6"丙纶 1 000 dtex
7#聚乳酸 6. 0 dtexX64 mm
8#PTT55 dtex/36f
9#超高分子量聚乙烯444 dtex/180f
哈式切片器（上海精密仪器仪表有限公司）。
2.5操作步骤
2.5.1按仪器要求，打开仪器，预热一定时间后再进行测试。
2.5.2 取两个样品皿，用天平称其质量，精确到0.01 mg，确保其质量相同，加盖压紧并密封；在室 温下打开炉盖，用镊子将密封好的空样品皿放入样品支持器中，按实际测试条件测定仪器基线。
2. 5.3另取一个样品皿，用天平称其质量，精确到 0. 01 mg，将试样放入样品皿内，加盖压紧并密封；再次称量装有试样的样品皿，精确到0. 01 mg。
2.5.4将装有试样的样品皿放入仪器指定位置的样品支持器中，另一处放入密封的空样品皿。
2. 5. 5设定仪器程序，扣除仪器基线，在至少低于熔融峰温度50 'C的条件下开始以一定速率升温，加 热到比外推终止温度（7%fm)至少高30 C时，或低于 热分解温度20〜30 °C时，记录D SC曲线。
2. 5. 6将仪器冷却至室温，取出装有试样的样品皿，观察其中是否变形或有试样溢出。如果发现有，则该次试验作废，并重新测试。
2. 5. 7重复2. 5. 3〜2. 5. 6的步骤，测试另外两个试样。
2.6结果的表不
2.6.1 熔融峰温度
熔融峰温度的测试曲线见图1。分别从图1中读取每个试样的熔融峰温度CTP,…)，结果精确至0. 1’C；取所有试样的平均值作为该样品的熔融峰温度，结果修约到整数位。
2.6.2 熔融焓
以熔融峰与仪器基线之间的面积作为试样的熔融焓，结果精确至〇.l j/g；取所有试样的平均值作为该样品的熔融焓，结果修约到整数位
。
2020年第6期纺织标准与呒f t 43
3
结果与讨论
3.1试样预处理
目前，采用D SC 法测试纤维熔融峰温度时的预 处理试样方式有两种：一是，纤维不作任何预处理; 二是，通过第1次升温预处理纤维，待消除纤维加工 过程的热历史后，再次升温并观察D SC 曲线[2]。
为了验证上述处理方式对测试结果的影响，通 过测试纤维的熔融峰温度，比较第1次升温与第 2次升温后的D S C 曲线（见图2，图中H 1指第1次 升温，H 2指第2次升温）间的差异。
由图2可以看出，第1次升温曲线与第2次升 温曲线之间存在差异。以涤纶为例，消除热历史并再 次升温后，出现了两个未完全分开的熔融峰。这是由 于，纤维在冷却时产生了新的晶相，进而改变了原有 部分纤维的结构。另外，熔融焓与纤维内部的结晶度 有很大关系，即由于去除热历史后又重新降温，使纤 维内部的结晶度发生了变化，进而使熔融焓的测量 值也有所变化。如：聚苯硫醚纤维、锦纶66、锦纶6 直接升温时测试的熔融焓分别为47、84和74 J /g , 去除热历史后测得的熔融焓值分别为35、60和
I 熔融峰溢度=252.99 '
面积=301.518 mJ 熔融焓=58.921 8 J/g • 外推起始温度=247.77 '
面积=206.780 mJ 熔融焓=39.i 37 2 J/g 外推起始温度=233.74 t ：
^熔融温度=252.
\
H 2
50 160 180 200
220
240
260
280
温度/ V
U )涤纶
温度/ C
ABOVING(b )聚苯硫醚
图2 两次升温后的U SC 曲线
49 J /g 。
由于需要在不改变原有纤维结构的情况下测试 纤维材料自身的熔融峰温度，而且在不影响测试结 果的前提下，提高测试效率；因此应尽量不对纤维进 行预热处理。若有必要，也可以先对纤维材料升温 1次，待去除热历史后再进行测试。3.2样品量
采用D SC 法测试时，样品量的多少对于测试结 果会有不同的影响。其中，样品量过多，会导致试样 内部传热慢，温度梯度大，造成峰形扩大，分辨率下 降；样品量过小，无法保证所测的试样均匀且具有代 表性。D SC 法测试纤维熔融峰温度所用的样品量通
常在3〜5 m g 范围内[3]，试验中采用的标准样品皿 材料为金属铝，体积为40 jxL 。为使测试结果不受纤 维状态及样品皿大小的影响，分别选取3和5 m g 的 不同纤维进行验证试验，测试其在10 C /m in 的升 温速率下的熔融峰温度及熔融焓。不同样品量时的 熔融峰温度及熔融焓的测试结果见表2:
表2
测试结果
编号
纤维名称
肥气煤样品M
(m g )
熔融峰温度
(C )熔融焓
(J /g )
1#
涤纶
3251. 44595252.99582#锦纶6
3217.47765218.79723#锦纶66
3256. 74825257. 57844#
聚苯硫醚
3278. 03455279. 20465#仪纶
3240. 00535240. 19536#
丙纶3162.77785163. 52749#
超高分子
坠入魔法世界3145.82222董聚乙稀红外光通讯
5
147. 44
231
从表2可以看出，当样品量为3〜5 m g 时，各种 纤维的熔融峰温度及熔融焓会出现一定程度的差 异。其中，受影响最小的是仪纶，其熔融峰温度升高 了〇.i 9 r ，熔融焓未变；受影响最大的是超高分子 量聚乙烯，其熔融峰温度升高了 1.62 r ，熔融焓增 加了 9 J /g 。因此，当样品量在3〜5 m g 内时，随着样 品量增多，熔融峰温度差值在0. 1〜2 €之间，测试 结果并不影响最终对纤维种类的鉴别。温度升高是
2
8 6 2 0 0
1
4 4 3 3 3 3 2
M
s
/ _
键较
4
:
4
3«,3
^
M s
/ _燒较
44纺织标准W 质f t 2020乍第6期
180 200 220 240 260 280 300
温度/ X ：
(a )聚苯硫醚
.
熔融峰温度~丨60.45 C 面积-2.27.819 mJ * 融焓-«.493 7J/g
因为，达到热力学平衡所吸收的热量随着样品量的 增加而增加。所以，在实际试验时中，若无特殊要求， 建议米用的样品量为3〜5 m g 。3. 3
升温速率的影响
升温速率是D SC 法中的重要参数之一。这是由 于，由不同的升温速率测出物质的峰形也不同，升温 速率越快，峰形越大，特征温度会向高温漂移，相邻 峰分离能力下降。常用的升温速率有10和20
r /min 两种。为了探讨升温速率对测试结果的影
响，分别采用不同的升温速率试验。结果见图3:
75
100
120
140
160
180
温度/ X ：
(b )聚乳酸
图3不同升温速率下纤维的1>S C 曲线
从图3可以看出，升温速率越快，峰形变化越 大，特征温度也会向高温漂移，即熔融峰温度和熔融 治增大。当纤维的升温速率达到3(KC /m m 时，聚苯 硫醚纤维的熔融峰温度较10 ’C /m in 时升高了 2. 05
聚乳酸纤维的D S C 曲线有一定程度的漂移且仪 器基线不平稳，导致熔融焓的测试精确度下降。另 外，由于在慢速升温的条件下，两种及以上的混合纤 维更有利于不同纤维熔融峰的分离；当升温速率较 快时，熔融峰相差不大的两种纤维可能会因出现一 个较宽的熔融峰而导致无法有效辨别纤维种类。因
此，为了能准确辨别混合纤维中的纤维种类，提高测 试结果的准确性，建议试验时宜采用的升温速率为 10 'C /min 。3.4载气流量
用D SC 法测试时所用的气氛主要有动态气氛、 静态气氛和真空三类。为了保护伩器中的天平室与 传感器不受到分解物的污染，一般推荐使用动态吹 扫气氛。由于Nz 常用于构建惰性气氛，经济实用， 并且纤维在熔融过程中不会与之反应，因此通常是 在由N 2构成的惰性气氛中试验。
虽然不同流量的N 2会从样品上带走不同的热 量，但是热量变化幅度很小，对温度的影响也小。为 了探讨最佳的载气流量，采用标准物质铟（In )并在 不同载气流量下测试外推起始温度及熔融焓。
不同载气流量时标准物质I n 的外推起始温度 及熔融焓的测试结果见表3:
表3
测试结果载气流M
外推起始温度
熔融焓
(mL /min )
(。〇(J /g )
20156. 7728. 4140
156. 5628. 3980
156. 51
28. 41
从表3可以看出，不同载气流量时的外推起始 温度和熔融焓数值相对稳定，其差值都小于1，不影 响对最终物质的判断。说明不同的氮气流量只是保 持仪器内部的惰性环境，保证样品在升温过程中不 受内部环境的影响，调节仪器的流量，对样品的试验 数据没有太大影响。因此，为了减少热量损耗，提高 测试结果的准确性，建议试验时宜采用的载气流量 为 20 mL /min 。3. 5
仪器基线
用DSC 法测试时，仪器基线是将未加任何试样 的样品皿加热到一定温度时所得到的曲线。该曲线 反映了仪器本身的信息。在用D SC 法测量时，如何 进行仪器基线处理对熔融焓的影响很大。其中，在相 同的温度区间内，未扣除仪器基线的纤维熔融焓会 增大。升温速率为10 r /m in 时，仪器基线处理对不 同纤维的D S C 曲线的影响见图4。
从图4可以看出，扣除仪器基线后得到的曲线 更加平直，是更接近于实际样品的数据，更为精准可 靠；而未扣除仪器基线的两种纤维的熔融焓都偏大。 这是因为，未扣除仪器基线得到的是样品信息和仪
2
8
4 0 6
o
4 3
3
3
2 2
窆日
/
咖堠菘
5
5
0 3 2 2 1 1窆
一!!/ _
燒
崧
2020年第6期纺织榀准^质飛
45
140 160 180 200 220
240
260
280
温度/ X ：(a )涤纶
28
2624
22扣除基线
熔融峰温度=239.97 面积=282.331 mJ 培融焓=55.359 0 J/g
外推起始温度=222.23
熔融峰温度=240.19 面积=321.573 mJ 熔融焓=61.841 0 J/g
未扣除基线
外推起始温度=227.34
fda扣除基线
熔融峰温度252.99 面积=301.518 mJ 熔融焓=58.921 8 J/g
外推起始温度=247.77 1C
熔融峰温度253.60 面积。370.947 mJ 熔融焓=73.454 9 J/g
未扣除基线
外推起始温度=248.30
140
160
180 200
220
240
260
温度/ X ：(b )仪纶
图4
仪器基线处理对纤维I >S C 曲线的影响
器信息相互叠加后的数据。
因此，每次试验前应先正确扫描仪器基线，以确 保试验条件严谨与合理。4 验证试验4.1
可行性验证
为了验证上述参数的准确性和重复性，分别选 取了 5个代表性样品进行熔融峰温度的测试，每个 样品测定3次；试验条件为：取质量3〜5 m g 的试 样，在20mL /m m 的载气流量下，扣除仪器基线，以 10 ’C /m m 升温速率对试样进行1次升温，对测得 的数据进行分析。纤维的熔融峰温度及CY %试验 结果见表4，将选取的5个有代表性的样品送往不 同试验室进行比对试验。对比试验结果见表5。
由表4可以看出，不同人员对同一样品进行重 复测量时，各样品的测试数据稳定性很好,C V 值都 在1%以内。这表明，不同测试人员的操作手法对测 试结果无影响。
由表5可以看出，由不同仪器测得同一样品的 结果一致性较好，C V 值差异在1%以内。这说明，上 述试验条件的可操作性比较好，相关参数的制定较 为合理。
表4
对比试验结果
编号纤维名称
熔融峰温度 r c )
熔融焓a /g )1
2
3
C V ,%
1
2
3
2#
锦纶6
长丝218. 52218. 79218. 27
0. 0267. 666. 667. 1
4#聚苯硫醚279. 20278. 60278. 780. 0249. 648. 747. 65#
仪纶
239. 97241. 00240. 20
0. 0855. 448. 151. 47#聚乳酸162. 54162. 28162. 610. 0146. 744. 645. 68#
PTT 223. 43223. 3323. 86
0. 02
54. 751. 149. 7
表5
试验室间比对结果
编
号纤维名称
熔融峰温度
rc)
熔融焓（j /g )角的度量教学设计
Labi
Lab 2Lab 3C V ,%Labi Lab 2Lab 3
2#
锦纶6
长丝218. 53218. 11217.89
0. 03
67. 176. 578. 3
4#
聚苯硫醚278. 86278. 34278. 930. 0248. 649. 946. 45#
仪纶
240. 39240. 66240. 28
0. 0151. 651. 255. 37#聚乳酸162. 48161. 52162. 060. 1145. 843.041. 88#
PTT 223. 54223. 87223. 13
0. 04
51. 858. 346. 7
4.2可靠性验证 4.2.1 产品中纤维鉴别
由于从纤维到最终产品会经历不同的加工过 程，如染整、涂层等一些后处理的热加工过程可能会 改变最终产品中的纤维性能，为探讨经过以上工序 处理后制成品中的纤维，选取并测试了不同类型产 品中的纤维。D S C 曲线见图5。
从图5可以看出，经过染处理后的仪纶面料 中的纤维，在经过第1次升温后的D S C 曲线与未经 染
处理纤维的D S C 曲线基本一致，可以根据测得 的熔融峰温度判断纤维的种类。除此之外，还对涤 纶、锦纶6和锦纶66进行了相关验证试验，试验结 果与仪纶的试验结果类似。另外，由于某些加工处理 过程复杂（例如制作口罩用的丙纶无纺布），纤维表 面存在涂层黏胶等物质，会使D S C 曲线中出现杂质 峰，但因主要纤维成分的熔融峰温度同未处理纤维 的熔融峰温度一致，所以并不影响对主要纤维成分 的最终判定。因此，该方法也可以鉴别经不同加工处 理后的纤维种类。4. 2. 2 多组分纤维鉴别
不同纤维有不同的熔融峰温度，对于一些多组 分混合或复合纤维，在满足其中各组分纤维进行
DSC 测试条件的情况下，可以根据其熔融峰温度鉴
别各组分的纤维。双组分及三组分混合纤维的DSC
i
/«雲
6
2
8
4
4 3 3 2 2 2M
E
/ _
璀
较
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议