Calorimétrie différentielle à balayage (DSC) ZL-3047A Il s'agit d'une technique d'analyse utilisée pour mesurer la chaleur dégagée ou absorbée par un échantillon lors du chauffage ou du refroidissement sur une plage de températures spécifique. Outre la caractérisation des propriétés thermiques des matériaux, la DSC permet également de déterminer les températures de transition de phase spécifiques, notamment la transition vitreuse, la fusion et la cristallisation.
Pour réaliser une expérience de calorimétrie différentielle à balayage, un instrument est nécessaire qui peut fournir la plage de température nécessaire aux tests et surveiller avec précision les changements de température et de flux de chaleur.
A instrument DSC à flux de chaleur Il s'agit d'un four où sont placés l'échantillon et le matériau de référence. L'échantillon est encapsulé dans un récipient métallique (généralement en aluminium), tandis que la référence est généralement un récipient vide. Le four est chauffé ou refroidi, et les caractéristiques du flux thermique sont observées en fonction de la température. Des informations quantitatives sur le flux thermique peuvent être déterminées à partir de la différence de température mesurée entre l'échantillon et la référence.
Après toutes ces discussions techniques, vous vous demandez peut-être encore ce qu'est exactement le DSC. Aujourd'hui, nous allons l'expliquer en termes simples pour comprendre son principe fondamental.
En d'autres termes, l'instrument DSC contient deux plateaux à l'intérieur :
•On tient votre échantillon
•Pendant que l'autre tient un « matériel de référence » (généralement un creuset inerte et vide qui ne subit aucun changement thermique).
Voici pourquoi :
Imaginez que vous cuisinez et que vous voulez détecter si quelque chose dans la poêle est changement (comme saisir un steak). Vous avez :
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Pan A:Contient votre échantillon (par exemple, un steak)
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Pan B:Vide (juste la casserole)
Vous chauffez les deux poêles identiquement sur des poêles séparés mais identiques.
Si vous surveillez uniquement le panoramique A :
Vous voyez sa température monter, mais vous je ne peux pas dire:
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La poêle elle-même absorbe-t-elle la chaleur ?
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Le steak est-il en train de cuire (réaction endothermique) ?
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Ou s'agit-il simplement d'une fluctuation de la puissance du poêle ?
→ Vous n'apprenez rien sur le comportement du steak seul !
Mais si vous comparez Pan A et Pan B :
Lorsque la poêle A chauffe Ralentissez (parce que le steak absorbe la chaleur pour cuire) pendant que la poêle B chauffe normalement → Vous réalisez :
« Ah ! Quelque chose dans la casserole A absorbe de la chaleur ; il subit une transformation physique (comme une fusion ou une transition vitreuse) ! »
C'est le principe « différentiel » :
Vous ne mesurez pas chaleur absolue dans la casserole A—vous suivez le différence de flux thermique entre Pan A et Pan B.
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Type de matériau |
Principales applications DSC |
Paramètres communs |
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Fibres (par exemple, fibres de polyester, de nylon) |
– Analyser le comportement de cristallisation (cristallinité) – Évaluer l’adéquation des procédés de traitement thermique/post-filage – Vérifier la cohérence d’un lot à l’autre |
Tg, Tm, pic de cristallisation à froid, cristallinité |
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Films (par exemple, films BOPP, PET) |
– Étudier les différences de comportement thermique avant/après étirement biaxial – Analyser la distribution des points de fusion (détecter les phases polymorphes) – Étudier la relation entre la thermoscellabilité et la cristallinité |
Tg, Tm, Cristallinité, Largeur du pic de fusion |
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Plastiques généraux (par exemple, PP, PE, ABS) |
– Déterminer le rapport cristallin/amorphe – Identifier les types de matières premières (Tg/Tm comme « empreintes digitales ») – Évaluer les effets de mélange/modification |
Tg, Tm, ΔH (fusion), ΔH (cristallisation) |
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Adhésifs (par exemple, époxy, PUR) |
– Évaluer le degré de réaction/durcissement – Analyser la densité de réticulation – Distinguer les types thermoplastiques des types réactifs – Mesurer Tg pour prédire la plage de température de service |
Tg, pic exothermique, chaleur résiduelle de réaction |
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Caoutchoucs (par exemple, EPDM, SBR, silicone) |
– Corréler Tg avec la performance dynamique – Évaluer les changements de densité de réticulation |
Tg, décalage de Tg, effets de l'histoire thermique |
La figure suivante est une courbe DSC typique montrant quatre types de transitions :
Le coefficient de température est →
Ⅰ Dans le cas d'une transition secondaire, il s'agit d'un changement de la ligne de base horizontale.
Ⅱ Le pic d'absorption de chaleur est dû à la fusion ou à la transition de fusion de l'échantillon testé.
Ⅲ Le pic d'absorption de chaleur est dû à la décomposition ou à la réaction de clivage de l'échantillon d'essai.
Ⅳ est le pic exothermique, qui résulte de la transition de phase cristalline de l'échantillon
Interprétation des axes du graphique DSC
Axe X (axe horizontal)
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Représente: Température
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Unité: Degrés Celsius (°C)
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Explication: Simple – affiche la rampe de température pendant le chauffage/refroidissement.
Axe Y (axe vertical)
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Représente: Flux de chaleur (également appelé Puissance thermique)
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Unité: Milliwatts (mW)
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Explication clé:
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L'axe Y fait pas afficher la température ou l'énergie totale.
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Il mesure le différence de flux thermique entre l'échantillon et le plateau de référence pour maintenir la même vitesse de chauffage.
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Exemple:
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Si le DSC lit Flux de chaleur = 8 mW, cela signifie :
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L'échantillon est absorber la chaleur (endothermique).
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L'instrument fournit 0,008 J/s supplémentaire à l'échantillon (par rapport à la référence) pour maintenir les deux chauffages au même rythme.
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Pente (taux de variation du flux de chaleur)
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Définition: À quelle vitesse le flux de chaleur change par unité de température/temps.
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Interprétation:
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Pente ascendante plus raide → L’absorption de chaleur s’accélère (par exemple, fusion soudaine).
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Pente plus plate → Le flux de chaleur change progressivement.
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Pente descendante plus raide → La libération de chaleur augmente (par exemple, une réaction exothermique commence).
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Remarque : La direction « positive » ou « négative » des pics sur une courbe DSC n'est pas absolue : elle dépend de l'instrument. réglage de la direction du flux de chaleur.
Certaines des normes internationales auxquelles DSC se conforme sont les suivantes.
| Norme n° | Champ d'application | Contenu clé |
| ISO 11357 | Test DSC des plastiques | Transition vitreuse (Tg), fusion (Tm), cristallisation, stabilité à l'oxydation |
| ASTM E967 | Étalonnage de la température DSC | Étalonnage de la température à l'aide de matériaux de référence (par exemple, indium, zinc) |
| ASTM E968 | Étalonnage du flux thermique DSC | Étalonnage du signal de flux de chaleur via l'enthalpie de fusion |
| JIS K 7121 | Norme industrielle japonaise (équivalente à la norme ISO 11357) | Méthodes de base pour l'analyse thermique des plastiques |
Normes spécifiques aux matériaux
Polymères
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ISO 11357-3: Mesure de cristallinité
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ASTM D3418:Températures de fusion/cristallisation et enthalpie
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ASTM D7426: Analyse Tg du caoutchouc
Médicaments
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USP <891>: Validation de l'analyse thermique
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ICH Q6A: Détection de polymorphes (DSC est la méthode principale)
Métaux
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ASTM E794: Détermination du point de fusion du métal
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ISO 17851: Comportement à l'oxydation
Méthodes spécialisées
| Standard | Type de test | Exemple d'application |
|---|---|---|
| ISO 11357-6 | Temps d'induction d'oxydation (OIT) | Stabilité des tuyaux en polyéthylène |
| ASTM D3895 | Essais OIT sur polyoléfines | Efficacité des additifs |
| ISO 11357-4 | mesure de la capacité thermique | Matériaux composites |
Étalonnage et validation
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ISO 11357-1: Étalonnage DSC de base
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ASTM E2716: Procédures de validation des données
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NIST SRM 720: Norme de capacité thermique du saphir
