熱分析-DSC DSC(熱示差掃瞄分析儀)如何測量外部應力影響材料之結晶度

在光學領域裡，「透明」是允許「光」穿透的屬性；透明材料可以被透視，允許圖像清晰的被穿過，相反的屬性被稱為不透明性。半透明材料只允許光散射穿透，即，材料會扭曲圖像。如果高分子材料能夠有高透明度，低雙折光性，低色散(dispersion)，高尺寸安定性，機械性質優良，耐熱性與耐久性佳，容易加工以及成本低的特點，那麼將是極為理想的光學材料。

玻璃是相當優秀的光學材料，但是玻璃材料有易碎及不易加工的缺點。高分子材料卻有加工成型性佳及耐衝擊強度高的優點，因此，光學高分子材料的進展也就成為眾所矚目的焦點。

材料的透明性和結晶度有關係，而以一般材料來說，透明的部份就是非結晶相(Amorphous，不規則相)，不透明的就是結晶相(Crystal，規則相)，在材料具有相同厚度的情況下，結晶度低(材料的不規則相比例高)透明度就高；反之，結晶度高(材料的規則相比例高)透明度就降低。

在材料成型的過程中，制程溫度、材料本身的化學結構、雜質及應力都是影響材料結晶度的原因。以實例來說，從左圖材料的外觀可以明顯的看出有二個不一樣之處-透明、半透明部份，半透明的部份是由外力拉扯所造成的，可比擬為光學材料因應力造成的不透明狀況，ex.搬運途中的外力撞擊、拉伸…等；而這類外力造成的應力問題，要如何用DSC來證明呢?

以熱力學的觀點來說，結晶的反向就是熔融，故，結晶度高的樣品熔融反應就會大，所以利用DSC測量結果可以用來判斷材料是不是受過應力的影響而改變了其結晶度。

圖一的測試結果中，綠色訊號線為透明的材料，藍色訊號線為經由外力拉扯而變為半透明的材料。
由測量結果來看，二者的熔融熱明顯不同，可以證明受到應力的影響會造成材料結晶度的改變；透明的部份就是材料中的不規則相>規則相，所以熔融時產生的能量(熔融熱，△H)會比較小，而Tg點是不規則相移動而產生的相變化，所以透明材料的Tg變化(△H)會比較大；而另一個已經被拉開變成半透明的材料，表示樣品結構可能由不規則相變為規則相(結構比例-不規則相<規則相)，所以會出現1.Tg變化量變小 2.熔融熱會變大的狀況。

有個現象在這個例子裡是沒有看到的，就是升溫結晶現象，升溫結晶其實是有可能會發生的。結晶是結構由不規則相變成規則相的一種相變化，高分子材料在升溫過程中會產生升溫結晶，是一種放熱反應。

圖二、透明材料升溫結晶示意圖	圖三、半透明材料升溫結晶示意圖

如同上述說明，材料透明表示其中不規則相的比例比規則相來得多，所以在升溫的過程中從不規則相排列到規則相中(比例高向比例低移動)的可能性極高，就容易產生升溫結晶的相變化。而當材料被外部應力拉扯後，材料中結晶的比例變多了，相對的不規則比例變小，所以Tg的變化量就變小，也就較不容易從不規則相(比例小)的部份排列成規則相(比例大)的部份，故在這種狀況下，即使產生了升溫結晶也是很小的放熱反應(Peak)不易被發現。

假設，測試結果中可明顯看出升溫結晶的反應，則該樣品的結晶度計算公式如下：
 
一般來說，自然狀況下材料中的規則相及不規則相會以最穩定的比例存在，但以現在半透明材料的例子看來，它是因為外力而強迫改變了其比例，故只要經過很長時間之後規則相又會慢慢移動成不規則相。