温度与聚合物

现在我们对材料结构有了更好的理解，接下来将深入研究其热性能，以了解其随温度变化的行为。为此，我们首先需要定义一种能够揭示聚合物热性能的测试方法：差示扫描量热法（DSC）。

DSC 定义

差示扫描量热法（DSC）是一种热分析方法，将样品置于腔室内，测量持续提高腔室内部温度所需的热量。此类分析旨在确定样品发生某些状态转变的温度，例如玻璃化转变、结晶和熔融，通过记录聚合物在逐步加热过程中通过吸收和释放能量的反应来实现。

DSC

玻璃化转变温度 (Tg)

玻璃化转变温度存在于所有聚合物中，指聚合物的物理状态从玻璃态（硬且脆）转变为橡胶态（软且有弹性）的温度。Tg 通常用于表示无定形聚合物的最高工作温度。

结晶温度 (Tc)

结晶发生在 Tg 与 Tm（熔点）之间。它是聚合物分子排列形成晶体的过程。结晶温度是聚合物以最高速度结晶的温度点。

熔点温度 (Tm)

熔点温度是半结晶聚合物的结晶区开始熔化/变形的温度。无定形聚合物没有明确的熔点温度。

分解温度 (Td)

分解温度是材料开始降解的温度，意味着聚合物的主链开始断裂。

关于上述图表和定义的说明

一种简单的理解方式是：注入到腔室的热量（能量）将用于提高内部温度，但如果腔室内的样品（聚合物）吸收部分热能用于结构重排，则为了以恒定速率持续升温需要注入更多热量。

参照下方图表，起初向系统施加恒定的热量以按某一速率升温。在 Tg（玻璃化转变温度）处，我们可以注意到为了以相同速率继续升温需要更多热量，这是因为样品会吸收部分热能以破坏其非共价键，使聚合物运动更自由（导致材料变软）。

在此相变之后，样品将具有更高的热容，因此系统仍需注入恒定量的热量以按相同速率提高系统温度，但该热量将高于 Tg 之前。样品持续吸收的能量会使聚合物微观结构运动得越来越自由（被激发）。在 Tc（结晶温度）处，样品的聚合物链会有足够的自由运动形成晶体。随后样品会释放能量（热），这意味着为了提高其温度我们需要向系统注入更少的热量。

原因在于晶体结构（更有序的结构）是由较无序的结构形成的，这将需要较少的能量，因此会释放出多余的能量。一旦晶体形成，样品就不会再向系统释放能量。然而，在形成晶体不久之后，在 Tm（熔点）处，聚合物链会继续获得能量（运动），使其过度激发并破坏晶体结构，从而从系统中吸收能量，因此为了以恒定速率继续升温需要向系统注入更多能量。在破坏所有晶体之后，样品将不再需要系统提供额外能量。这解释了 Tc 和 Tm 处的两个相反的峰值。在 Td（分解温度）处，样品将开始分解，意味着共价键将开始被破坏，样品会失去其热容，因此为了提高系统温度所需的热量会减少。

现在对聚合物的热转变和随温度变化的行为有了更好的理解，我们可以利用这些知识来解释一些 3D 打印现象：