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硅橡膠的比熱測試--- 多種比熱計算方法比較
閱讀：1039 發布時間：2020-9-16前言：硅橡膠是一種主鏈由硅氧原子交替組成、在硅原子上帶有有機基團的合成橡膠。分子中的有機基團可以是－CH3、－C2H3 或－C6H5 等，相應稱作甲基、乙烯基或甲基苯基硅橡膠。硅橡膠是一種耐高低溫（-60～250℃）、耐臭氧化并具有良好電絕緣性能的特種橡膠，按加工工藝分類有高溫硫化型（硫化溫度 150～200℃）、室溫硫化型和加成型之分。高溫硫化硅橡膠大量用作苛刻條件下的電線、電纜絕緣層，密封件，醫療器械中的導管、插管、人工關節等。雙組分室溫硫化硅橡膠用于精密鑄造用彈性模具、牙科印模材料及航天器耐燒蝕涂料等，單組分室溫硫化硅橡膠用于電子器件的密封保護等。而加成型硅橡膠主要用于電子器件灌注涂覆，作光導纖維涂料，也是人體內軟組織充填、顏面整形的理想材料。
本文使用 NETZSCH 差示掃描量熱儀測量了未炭化硅橡膠與炭化硅橡膠在 RT. .. 600℃溫度范圍內的比熱值。其中對未炭化硅橡膠在一次測試的基礎上分別使用比熱法與連續掃描法兩種方法進行比熱計算并作對比討論；對炭化硅橡膠分別使用連續掃描方法與步進掃描法兩種方法進行了測試，并作了數據比較與討論。
測量原理比較法比熱測量原理：
比較法是 DSC 上較常規的比熱測量方法。原理是根據方程 Q = Cp * m * HR，將已知 Cp 的標樣（通常為藍寶石 Sapphire）與未知 Cp 的樣品進行對比性 DSC 測試，由于兩者的質量 m 均為已知，升溫速率 HR 相同可約除，因此對比扣除基線后的 DSC 信號 Q，可計算得到樣品的 Cp 值及其隨溫度的變化。
連續掃描法的比熱測量原理：* 連續掃描法（ISO11357-4、ASTM E1269、DIN51007）在比較法的基礎上進一步細化了測量設定，除了常規的基線扣除之外，還特別規定了在升溫段前后均需加上一個恒溫段，通過比較標樣與樣品兩者在恒溫段的基線差異，進一步修正了由基線重復性、高溫熱輻射效應差異等因素引起的標樣與樣品基線的不*一致所帶來的影響，提高了測量精度（特別對 600℃以上的高溫測試而言）。
步進掃描法比熱測量原理：* 步進掃描法（ISO11357-4）比熱測量的原理是將待測的溫度段拆分成若干小的溫度區間，以步進恒溫的方式進行逐段掃描，為每一小段分別計算標樣與樣品的峰面積△H，利用 H1 / H2 = (Cp1 * m1) / (Cp2 △ △ * m2)，計算待測樣品的比熱值。
實驗部分 1. 未炭化的硅橡膠 y 樣品稱重：15.05 mg y 溫度范圍：RT ... 400℃ y 升溫速率：10 K/min y 氣氛：N2 y 坩堝：Pt，加蓋 y Sapphire 標樣：20.28 mg
結 論 ：
1. 比較法與連續掃描法相比：比較法由于溫度程序與計算方法較為簡易，在日常測試中使用多。在溫度不太高（如< 600℃）、儀器基線穩定的情況下，其測量結果在大多數情況下與連續掃描法結果較為接近，可以代替。在更高的溫度下，由于熱輻射與基線重復性帶來的影響越趨顯著，在樣品穩定無分解、高溫下恒溫無技術障礙的情況下，則建議使用連續掃描方法以獲取更高的精度。
2. 連續掃描法與步進掃描法相比：某些文獻報導步進掃描法精度更高，但從本文的測試實例看兩者結果較為接近，沒有明顯差異。由于步進掃描法步驟繁瑣、不論測量還是分析均需付出多得多的時間與人力，因此在無特殊要求的情況下，一般使用連續掃描法已足夠。相比步進掃描法，連續掃描方法（包括其簡化版比較法）的優勢在于能夠在一次掃描中得到連續的比熱曲線。而步進掃描法使用的是逐段計算的方法，對于每一小的溫度段，得到的只是這一溫度段的比熱平均值，因此終得到的比熱結果是一些離散的數據點。如果要通過步進法得到連續的比熱曲線，又不希望借助數學擬合，那么只有將溫度段區間盡量縮小（甚至理論上縮至無窮小），而所需測量時間將成倍地增長（甚至理論上趨于無窮大），這在實際操作上是很難付諸實施的。另外，在樣品發生熱效應的區間，不管是連續掃描法還是步進法實測數據都不再可靠。此時連續掃描法可在所得的連續曲線上按照基線走勢進行數學內插，而步進恒溫法則無法處理，若使用數學內插，由于源數據為離散的數據點，用于內插的信息量較少，結果也未必可靠。