用差示扫描量热法来描述聚合物gydF4y2Ba

之前开发的最佳方法生产和预测聚合物的性能,将用于有用的产品,必须有这些材料的热性能所需的知识,以及任何可能需要的信息进行故障排除时材料不按预期执行。亚博网站下载聚合物的热分析提供了重要的信息在以下材料特性:gydF4y2Ba

• 一个未知的聚合物的识别gydF4y2Ba
• 确定最好的加工温度gydF4y2Ba
  • 治愈gydF4y2Ba
  • 注塑gydF4y2Ba
  • 挤压gydF4y2Ba
  • 热焊接gydF4y2Ba
• 比较质量gydF4y2Ba
• 监控老化对材料的影响gydF4y2Ba
• 确定相分离gydF4y2Ba
• 估计百分比结晶度gydF4y2Ba
• 测量热容gydF4y2Ba
• 确定材料的稳定当暴露于某些热环境gydF4y2Ba
• 确定剩余治愈和TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba作为治疗温度/时间的函数gydF4y2Ba
• 评估治疗的程度gydF4y2Ba
• 设置规范来满足物质的需求最终使用条件或限制gydF4y2Ba
• 设计设备;选择材料为特定的应亚博网站下载用程序gydF4y2Ba
• 评估设备操作温度下的性能gydF4y2Ba
• 分析治愈或结晶动力学gydF4y2Ba

差示扫描量热法(DSC)gydF4y2Ba是一个有用的方法来解决上面的需求,作为这个工具技术拥有各种强大的技术来研究高分子材料的热性能。亚博网站下载此外,DSC的聚合物工业和聚合物产品用户的基本信息。gydF4y2Ba

DSC分析的基础gydF4y2Ba

热流DSC包含单个加热块,由热细胞传感器检测sample-filled锅之间的温差和类似的参考锅来标示为“空”,因为它只包含空气。当样本发展热透热过程定义,如在交联反应,DSC图将显示增加的热流的放热事件的说明。这是因为样品传感器检测到的温度高于意义上的参考。如果样品正在热事件,使其吸收的热量大于参考,比如如果材料融化,DSC图将显示一个下降的热流也被称为一个吸热的事件。吸热事件期间,温度传感器测量温度较低的样本和参考。gydF4y2Ba

DSC的加热速度控制给定材料,如每分钟10°C,和监控热流为了描述样本的热事件增加温度的函数。gydF4y2Ba

图1所示。gydF4y2Ba聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的DSC图样本被冷却以极高的速度融化。情节说明放热和吸热的热事件发生在一个温度扫描从50°C - 300°C。吸热的阶跃变化,否则定义为玻璃化转变,显示发生在第一次扫描,而接下来的放热峰冷结晶过程的结果,然后其次是由于熔化吸热峰。gydF4y2Ba

大多数现代DSC仪器配备的能力测量绝对热流信号除以测量升温速率,从而将它转换为一个热容的信号。这个热容相关信号的监测是一个函数的应用实验条件以确定样品的热容可能会改变,因为会发生相变和化学反应。gydF4y2Ba

由DSC热容的直接测量仪器是由仪器自动进行热力学计算,伴随着其他计算,必须执行的操作。的热量流入DSC的传感器是依赖于应用温度、样品的属性,以及热阻和电容的参考和样本的DSC电池。装备技术Tzero DSCgydF4y2Ba^TMgydF4y2Ba由助教仪器公司,允许工具拥有的数学能力测量这些参数,从而使该技术更强大的准确测量热容的有机化合物和聚合物。仪器的基线是由热流信号在缺乏热事件,并利用TzerogydF4y2Ba^TMgydF4y2Ba基线是更平、更需要研究可再生的。为用户提供更准确的基线识别弱热事件的能力,以及提高热容测量的准确性。gydF4y2Ba

图2。gydF4y2BaDSC图热容的相变材料(PCM)中直接测量温度扫描。热容(Cp)的PCM增加了大约560 J / (g x°C)在开始融化过渡为-0.3°C。这个情节的峰面积代表PCM的每克熔化热材料。图所示表明一旦PCM冰点以下,加热,冷却,Cp的大小以相同的速度增加。这种现象是可再生的如图所示的阴谋。gydF4y2Ba

先进的技术:调节温度DSCgydF4y2Ba

调节温度的DSC仪尤其重要提高仪器的测量功能。调制一个DSC技术通常被称为MTDSC或MDSC,并涉及到应用程序的正弦调制温度叠加在一个线性升温速率。在调制实验,仪器执行一系列的数学程序,独立的属性,如聚合物转换显著影响分子的流动性,应对循环升温速率两个不同的组件包括换向和可逆的信号。gydF4y2Ba

为了更好地理解这个过程,当聚合物在玻璃相加热到指定温度可以开始进行相变诱发液状物流。随着玻璃化转变的增加分子流动性和热容,材料处理的能力确定成型和挤压操作。一个特定的聚合物的玻璃化转变温度是表示当TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba,而热容的变化和ΔCp表示。完成两个TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba和ΔCp在给定的实验中,MSDC信号可以被绘制为扭转热流和温度分析TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba,或者扭转热容与温度分析Cp的变化。gydF4y2Ba

一些聚合物性质不应对温度调制实验包括那些涉及时间动能转换如结晶、分解、蒸发和化学反应,如固化。任何热流与这些类型的热事件关联属性在MDSC情节不可逆式的信号,在MDSC技术分离重叠事件,如TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba和养护,进入两个不同的情节使一个强有力的分析工具。gydF4y2Ba

图3。gydF4y2Ba说明使用MDSC更高分辨率的实现。上部non-modulated DSC图中显示数据的凡士林油样本扫描10°C /分钟,而这个数字的下方显示了相同的样本的获得MDSC数据扫描3°C /分钟。两个图所示展览相同的TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba阶跃变化约-70°C,然而,上面所示的熔化峰TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba显示了DSC和MDSC之间存在的异同。gydF4y2Ba

DSC图如图3所示没有一个定义良好的峰形状,这限制了能够精确的确切位置峰值最大,以及实验的开始点和结束点在识别重要的熔点和熔化范围,分别。另一方面,MDSC数据如图3所示展示了复杂的熔化行为的样本可以提供有用的信息在融化的山峰上,随后水晶材料内存在的分数。gydF4y2Ba

存储的聚合物在TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba长时间通常会导致一个循序渐进的过程的分子放松,这是一个现象,发生在非晶态聚合物链形式异常密集的区域内的样本。随后的致密化聚合物可以影响材料的性能,导致脆化,尺寸变化和/或内部应力的发展。DSC是一个有用的工具识别这一现象,也被称为聚合物的物理老化。gydF4y2Ba

一个初始gydF4y2BaDSC扫描加热gydF4y2Ba岁身体的聚合物通常会显示一个吸热峰,否则是称为“焓松弛”或“复苏”向左反应和ΔH表示gydF4y2Ba_RgydF4y2Ba,这是接近T的后缘gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba的变革。通过加热TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba,聚合物链可以搬到一个更宽松的条件,连锁弹簧回pre-aging体积和密度条件。这种聚合物链的运动将使ΔH的过渡gydF4y2Ba_RgydF4y2Ba发生,这个峰值的大小决定了衰老的程度。gydF4y2Ba

图4。gydF4y2Ba传统的物理老化分析增塑的聚氯乙烯(PVC)示例使用DSC,以及TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba和ΔHgydF4y2Ba_RgydF4y2Ba重叠。TgydF4y2Ba_ggydF4y2BaPVC结合ΔHgydF4y2Ba_RgydF4y2Ba峰说明过渡重叠如上所示。gydF4y2Ba

图5。gydF4y2BaMDSC PVC样品的分析,显示了转换的有效分离如下:TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba分为换向热流情节和ΔH吗gydF4y2Ba_RgydF4y2Ba分为可逆热流的阴谋。的ΔHgydF4y2Ba_RgydF4y2Ba可以利用峰值的大小的计算样本内的物理老化的礼物。gydF4y2Ba

Quasi-isothermal DSC (QiDSC)是一个有用的和强大的MDSC技术,利用Quasi-isothermal条件使样品温度调制,骑在一个温度。根据样品的时间是在一个特定的温度将决定转换材料发生的数量。将证明这一点的QiDSC阴谋Cp和时间,在平线在给定的时间点,即这些转变发生将可视化。稳态条件下的终点是要样品的热容在指定的温度。这个强大的技术也可以用于监控的等温固化热固性聚合物,如环氧树脂、环氧树脂的热容的减少,因为它从一个未硫化的液体到固体网络。Cp的不断监测信号表明最初的下降曲线将达到一个高原表明交联反应的速度减少。gydF4y2Ba

QiDSC可以用来确定固化网络需要的时间达到玻璃化点,可以计算从Cp阶跃变化的中点。玻璃化点代表一个给定的时间治疗温度需要TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba网络应用的固化温度。在玻璃化时间点之外,反应变慢,可以随后需要额外的处理时间和post-baking将减少吞吐量的治愈部分。玻璃化点获取信息可以用于比较几个等温固化温度,以确定最佳养护条件需要达到最大治疗最高的吞吐量。gydF4y2Ba

图6。gydF4y2Ba阴谋的Cp氧化铝在6°C, 16°C, 26°C和36°C。稳态终点标签是根据每个温度作为Cp值。这个实验验证的准确性DSC技术,因为它比较结果Cp值在同一温度根据一些文献中引用。gydF4y2Ba

DSC分析案例研究gydF4y2Ba

案例研究我:使用DSC识别未知的聚合物gydF4y2Ba

常常需要确定一个未知的聚合物,特别是在塑料零件的情况下已经购买从供应链制造商不是直属的,因此必须通过分析方法验证。在这些类型的情况下,大多数制造商将外包这些材料实验室配备了一个红外的分光光度计(红外光谱),作为数据通过这种技术可以识别的化学家庭聚合物。亚博网站下载进一步分析子类的高分子材料可以通过使用DSC确定聚合物的温度扫描来检测材料的热转换。gydF4y2Ba

DSC温度扫描的一个例子是用于分析讨论了聚合物子类,成型部分的设计用于在炎热潮湿的环境进行了分析。在这个实验中,傅立叶变换红外光谱分析表明,塑料符合尼龙、聚酰胺材料,然而,由于几种不同类型的聚酰胺是目前市场上,红外信息并不能够确定精确的材料。因此使用DSC测试中,一小部分的材料。DSC结果图如图7所示。最后确定特定类型的聚酰胺材料在塑料部分是归因于以下实验决定:gydF4y2Ba

• 没有晶体熔化峰未知的物质被发现,因此排除了这种可能性,未知的基础聚合物是来自商业脂肪族聚酰胺,尼龙6等这些材料是半晶状的结构。亚博网站下载gydF4y2Ba
• TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba被发现不仅符合材料,非晶的,但也完全非晶结构。这缩小未知聚合物几个商业semi-aromatic聚酰胺含有高水平的苯环已知完全非晶结构。gydF4y2Ba

DSC实验结果表明在这里的表现的主要聚合物成分未知semi-aromatic聚酰胺材料,然而,TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba的188°C被发现明显高于大多数商业成绩。通过确定这些属性未知的材料,研究人员确定,材料是一个可能的混合semi-aromatic聚酰胺和补强剂,如玻璃纤维。gydF4y2Ba

图7。gydF4y2Ba的DSC阴谋一个未知的材料。gydF4y2Ba

案例研究2:热和形态学变化不同的大量的材料gydF4y2Ba

任何热的变化和/或高分子材料的形态属性可以影响其性能和加工性能。这些属性可以改变取决于聚合物的类型,必须找到并符合聚合物材料的来源来避免这些负面影响。DSC是一个功能强大的工具,可用于研究高分子材料的质量的新股票,以及比较lot-to-lot T的变化亚博网站下载gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba,这决定了材料的软化和流动,融化结晶,结晶度百分比。gydF4y2Ba

的gydF4y2BaDSC实验gydF4y2Ba研究比较两种不同的大量的聚(tetrafluorethylene)(聚四氟乙烯),这是一种半晶状的聚合物。材料的测试之前,每批的聚四氟乙烯热治疗相同的条件下,以确保所有材料表现出相同的热历史结晶相。亚博网站下载表1给出了熔点数据和熔化热熔化峰的面积计算。而融化属性被证明是几乎相同的,这些很多的熔化热值是不同的。特别感兴趣的包括材料的结晶度百分比的方差,在聚四氟乙烯1显示72%结晶度,并显著降低而聚四氟乙烯很多2 82%。PTFE结晶度较低价值的很多1可能归因于材料密度降低,因此这些属性的组合可能有一个有限的能力比聚四氟乙烯性能2。较高的结晶度和密度的聚四氟乙烯很多2是归因于低透湿性和较高的机械强度,从而使这种材料为材料应用更有利。gydF4y2Ba

表1。gydF4y2BaDSC数据比较不同聚四氟乙烯的性质。gydF4y2Ba

案例三:聚合物由DSC污染物调查gydF4y2Ba

与外国聚合物树脂交叉污染会导致使用熔融加工设备,如当一个挤压设备不是清除目前运行之间,或在某种类型的残余聚合物进行到聚合物的新补丁正在处理。app亚博体育虽然最初的混合物的外表似乎是可以接受的,产品来自受污染的树脂可能会失败的质量控制测试在未来,或不能使用时指定的应用程序。gydF4y2Ba

DSC是一个有用的工具来识别受污染的高分子材料,特别是当污染物和基础树脂的热性能明显不同。亚博网站下载控制原材料被怀疑是污染物,也因此亚博网站下载可以被使用DSC分析技术。利用DSC技术,污染树脂可以通过比较确定的控制数据的数据测试聚合物。gydF4y2Ba

DSC的例子被用来确定受污染的高分子材料是这里讨论的存在,在这一部分是由聚(arylether sulfon) (PAES)树脂表现出较低的水解稳定性,随后导致亚博网站下载变形的材料使用时在炎热和潮湿的外部条件。一小块的DSC分析这种材料显示两个热转换的存在进一步描述在图8所示。之前由红外分析这种材料没有检测到存在的污染物光谱信号以来PAES主导了污染物的水平。gydF4y2Ba

图8。gydF4y2Ba一小块的DSC分析PAES树脂显示存在两个热转换,在转换在220°C TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba甲酸酯的,而过渡在73°C的证据表明,聚合物污染物。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

上面的例子研究代表了几个实验使用相对快速的DSC结果实现,需要回答问题的质量指定的高分子材料。亚博网站下载DSC结果表明这里是及时获得,不需要大量的样本,控制或方法开发前分析过程。DSC分析技术的这些优势使它成为一个更强大的分析工具,能够提供一个更大的精度测量和熔点的决心。gydF4y2Ba

这些信息已经采购,审核并改编自坚毅不屈的实验室提供的材料。亚博网站下载gydF4y2Ba

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