Хотите освоить ключевые моменты термического анализа и калориметрического анализа? Ссылка на эту статью достаточно!
Термический анализ и калориметрический анализ

Ther.термический анализ

Термический анализ является важной отраслью инструментального анализа, который играет незаменимую роль в характеристике вещества. После долгого столетия жара была вызвана термическим анализом минералов и металлов. В последние десятилетия наука о полимерах и анализ лекарственных препаратов были полны жизненных сил.

1. термогравиметрический анализ

Термогравиметрический анализ (TG или TGA) используется для контроля массы образца с температурой или временем под контролем определенной температурной программы (вверх / вниз / постоянная температура) для получения коэффициента потери веса и температуры потери веса. Начальная точка, пиковое значение, конечная точка…) и соответствующая информация, такая как остаточное количество разложения.
Метод TG широко используется в исследованиях и разработках, оптимизации процессов и контроля качества пластмасс, резины, покрытий, фармацевтических препаратов, катализаторов, неорганических материалов, металлических материалов и композиционных материалов. Термическая стабильность и окислительная стабильность материала в различных атмосферах могут быть определены. Физические и химические процессы, такие как разложение, адсорбция, десорбция, окисление и восстановление, могут быть проанализированы, включая использование результатов испытаний TG для дальнейшей очевидной кинетики реакции. Материал может быть количественно рассчитан для определения влажности, летучих компонентов и различных добавок и наполнителей.
Основной принцип термогравиметрического анализатора заключается в следующем:

На рисунке выше показана структура термогравиметрического анализатора с вертикальной загрузкой. Корпус печи представляет собой нагревательный элемент и работает по определенной температурной программе. Печь может подвергаться воздействию различных динамических атмосфер (таких как N2, Ar, He и другие защитные атмосферы, O2, воздух и другие окислительные атмосферы и другие специальные атмосферы и т. Д.), Или Испытание проводилось в вакууме или в статической атмосфере. Во время теста высокоточные весы, подключенные к нижней части держателя образца, в любой момент определяют текущий вес образца и передают данные на компьютер. Компьютер рисует вес образца в зависимости от температуры / времени (кривая TG). Когда изменение веса образца (причины включают разложение, окисление, восстановление, адсорбцию и десорбцию и т. Д.), Оно будет отображаться как этап потери веса (или увеличения веса) на кривой TG, так что увеличение потери / веса Процесс может быть известен. Температурная зона, которая произошла, и количественно определить отношение потери / веса. Если дифференциальный расчет выполняется на кривой TG для получения термогравиметрической дифференциальной кривой (кривой DTG), может быть получено больше информации, такой как скорость изменения веса.
Типичная термогравиметрическая кривая показана ниже:

Карта может быть преобразована в координатах температуры и времени.
Красная кривая: термогравиметрическая (TG) кривая характеризует вес образца как функцию температуры / времени в течение температуры программы. Ордината представляет собой весовой процент, который представляет собой отношение веса образца к первоначальному весу при текущей температуре / времени.
Зеленая кривая: термогравиметрическая дифференциальная (DTG) кривая (т. Е. Кривая dm / dt, кривая каждой точки на кривой TG в зависимости от временной координаты), которая характеризует скорость изменения веса с температурой / временем и ее пик точка характеризуется. Температура / время, когда скорость изменения веса на каждом этапе потери / увеличения веса является самой быстрой.
Для шага потери / роста чаще всего используются следующие характерные точки:
Начальная точка экстраполяции кривой TG: точка пересечения касательной линии на уровне перед шагом TG и точка касания в точке перегиба кривой могут использоваться в качестве контрольной точки температуры, в которой происходит процесс потери / увеличения веса начинается, и в основном используется для характеристики термостабильности материала.
Точка завершения экстраполяции кривой TG: точка пересечения касательной линии на уровне после шага TG и точка касания в точке перегиба кривой могут использоваться в качестве контрольной температуры в конце процесса потери / увеличения веса.
Пик кривой DTG: температура / момент времени, в который скорость изменения массы является наибольшей, соответствующей точке перегиба на кривой TG.
Изменение массы: проанализируйте разницу в массе между любыми двумя точками на кривой TG, чтобы представить изменение массы образца, вызванное шагом потери веса (или увеличения веса).
Остаточная масса: масса, остающаяся в образце в конце измерения.
Кроме того, в программном обеспечении точка перегиба кривой TG (эквивалентная пиковой температуре DTG), начальная точка экстраполяции кривой DTG (ближе к истинной температуре начала реакции) и точка завершения экстраполяции кривой DTG (ближе к характеристике) параметры, такие как температура конца реакции в истинном смысле, отмечены.

2. калориметрический анализ

Калориметрия - это дисциплина, которая изучает, как измерить изменения тепла, сопровождающие различные процессы. Точные данные о тепловых свойствах в принципе могут быть получены с помощью калориметрических экспериментов, которые проводятся калориметрами.
Дифференциальный термический анализ (DTA) - это метод термического анализа, который измеряет разницу температур между образцом и эталоном при запрограммированной температуре. Дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC) - это метод термического анализа, который измеряет взаимосвязь между разностью мощностей и температурой, вводимой в образец, и эталоном в запрограммированных температурных условиях. Физические значения этих двух методов различны. DTA может проверять только температурные характеристики, такие как температура фазового перехода. DSC может не только измерять температуру точки изменения фазы, но также измерять изменение температуры во время изменения фазы. Экзотермический пик и эндотермический пик на кривой ДТА не имеют определенного физического значения, в то время как экзотермический пик и эндотермический пик на кривой ДСК представляют тепловыделение и поглощение тепла, соответственно. Поэтому мы используем DSC в качестве примера для анализа калориметрического анализа.
Дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC) предназначена для наблюдения за изменением разности мощностей теплового потока между концом образца и эталонным концом с температурой или временем под управлением определенной температурной программы (вверх / вниз / постоянная температура). Таким образом, рассчитывается информация о тепловом воздействии образца во время температурной программы, такая как эндотермическая, экзотермическая, изменение удельной теплоемкости и т. Д., А также поглощение тепла (энтальпия тепла) и характеристическая температура (начальная точка, пиковое значение, конечная точка…) теплового эффекта рассчитываются.
Метод DSC широко используется в различных областях, таких как пластмассы, резина, волокна, покрытия, клеи, лекарства, пищевые продукты, биологические организмы, неорганические материалы, металлические материалы и композитные материалы. Он может изучать процессы плавления и кристаллизации материалов, стеклования, фазового перехода, жидкокристаллического перехода, затвердевания, устойчивости к окислению, температуры реакции и энтальпии реакции, измеряются удельная теплоемкость и чистота вещества, совместимость каждого компонента. смесь исследована, и рассчитаны параметры кристалличности и кинетики реакции.
Основной принцип дифференциального сканирующего калориметра теплового потока заключается в следующем:

Как показано на рисунке выше, образец упакован с образцом и помещен на сенсорный диск вместе с контрольным тиглем (обычно пустым). Эти два термодинамически сохраняются и в однородной печи в соответствии с определенной температурной программой (линейный нагрев), охлаждение, постоянная температура и их комбинации) были проверены, и пара термопар (эталонная термопара, термопара образца) использовалась для непрерывного измерения разница температур между ними. Поскольку процесс нагрева печи от образца до эталонного образца удовлетворяет уравнению теплопроводности Фурье, разность теплового потока нагрева на обоих концах пропорциональна сигналу разности температур, поэтому исходный сигнал разности температур может быть преобразован в сигнал разности теплового потока посредством нагрева коррекция потока, а время / температура - непрерывное отображение для получения карты DSC.
Тепловое воздействие образца вызывает дисбаланс теплового потока между эталоном и образцом. Из-за наличия термического сопротивления разность температур между эталоном и образцом () пропорциональна разнице теплового потока. Время будет интегрировано для получения тепла: (температура, тепловое сопротивление, свойства материала…)
Из-за тепловой симметрии двух энтальпий разность сигналов между опорным концом и концом образца близка к нулю в отсутствие тепловых эффектов в образце. Приблизительная горизонтальная линия получается на карте, называемой «базовой линией». Конечно, для любого реального инструмента невозможно достичь идеальной тепловой симметрии. Кроме того, разница в теплоемкости между концом образца и эталонным концом обычно не является полностью горизонтальной, и существует определенная волнистость. Этот вольт обычно называют «дрейфом базовой линии».
Когда образец оказывает тепловое воздействие, между концом образца и эталонным концом генерируется определенная разница температур / разности сигналов теплового потока. Путем непрерывного построения графика зависимости сигнала от времени / температуры можно получить карту, подобную следующей:

Согласно стандарту DIN и термодинамическим нормам, верхнее (положительное значение), показанное на рисунке, является эндотермическим пиком образца (типичным эндотермическим эффектом является плавление, разложение, десорбция и т. Д.), А нисходящим (отрицательное значение) является экзотермический пик (типичный экзотермический эффект - это кристаллизация, окисление, затвердевание и т. д., а изменение удельной теплоемкости отражается в изменении высоты базовой линии, то есть ступенчатом перегибе на кривой (типичное изменение удельной теплоемкости) эффект стеклования, ферромагнитного перехода и т. д.)).
Карта может быть преобразована в координатах температуры и времени.
Для абсорбционного / экзотермического пика начальная точка, значение пика, конечная точка и площадь пика могут быть проанализированы более часто. некоторые из:
Начальная точка: точка, в которой базовая линия перед пиком касается касательной в точке перегиба слева от вершины, часто используемой для характеристики температуры (времени), при которой тепловой эффект (физическая или химическая реакция) начинает происходят.
Пик: температура (время), когда абсорбционный / экзотермический эффект является наибольшим.
Точка прекращения: точка, в которой базовая линия после пика является касательной к касательной справа от пика, которая соответствует начальной точке и часто используется для характеристики температуры (времени), при котором происходит тепловое воздействие (физическое или химическое). реакция) заканчивается.
Площадь: площадь, полученная путем интегрирования пиков поглощения / экзотермического излучения, в Дж / г, для характеристики количества тепла, поглощаемого / отводимого единицей массы образца во время физико-химического процесса.
Кроме того, в программном обеспечении могут быть указаны характерные параметры, такие как высота, ширина и площадь интегральной кривой поглощения / экзотермического пика. Для конкретного процесса изменения тепла могут быть проанализированы такие параметры, как начальная точка, средняя точка, конечная точка, точка перегиба и конкретное значение изменения тепла.

Ⅱ. оборудование для термического анализа

1. термогравиметрический анализатор

Современный инструмент TG имеет сложную структуру. Помимо базовой нагревательной печи и высокоточных весов, имеются электронные элементы управления, программное обеспечение и ряд вспомогательного оборудования. Структура Netzsch TG209F3 показана на рисунке ниже:
Защитный газ и продувочный газ показаны на рисунке. Защитный газ обычно инертен к N2. Он пропускается в печь через камеру для взвешивания и область соединения, так что весы могут быть размещены. Стабильная и сухая рабочая среда, которая препятствует влиянию баланса на влажность, конвекцию горячего воздуха и разложение проб загрязняющих веществ. Прибор позволяет одновременно подключать два различных типа продувочного газа (продувка1, продувка2) и автоматически переключать или смешивать во время измерения по мере необходимости. Общим соединением является соединение, в котором N2 соединен в качестве инертной продувочной атмосферы для обычных применений; другой связан с воздухом как окислительная атмосфера. Что касается принадлежностей для управления газом, он может быть оснащен обычным ротаметром, электромагнитным клапаном или измерителем массового расхода (MFC) с более высокой точностью и автоматизацией.

Выходное отверстие для газа расположено в верхней части прибора и может использоваться для выпуска газа-носителя и газообразных продуктов в атмосферу. Он также может быть подключен к FTIR, QMS, GC-MS и другим системам с использованием нагретой линии передачи для подачи газообразных продуктов в эти приборы. Обнаружение компонентов. Структура верхней загрузки прибора и конструкция канала с естественным гладким газом делают скорость потока газа-носителя малой, высокую концентрацию газа-продукта и малый гистерезис сигнала, что очень выгодно для комбинации с этими системами для эффективного анализа выделенные газовые компоненты.
Прибор оснащен термостатическим регулятором для изоляции печи от двух частей весов, что может эффективно предотвратить передачу тепла модулю весов, когда печь находится при высокой температуре. Кроме того, непрерывная продувка защитного газа снизу вверх предотвращает передачу тепла, вызванную конвекцией горячего воздуха, а экраны излучения вокруг держателя образца изолируют факторы теплового излучения в высокотемпературной среде. Эти меры гарантируют, что высокоточные весы находятся в стабильной температурной среде и не подвержены влиянию высокотемпературной зоны, обеспечивая стабильность термогравиметрического сигнала.

2. дифференциальный сканирующий калориметр

Современные приборы DSC имеют более сложную структуру, в дополнение к базовой нагревательной печи и датчикам, а также электронным элементам управления, программному обеспечению и ряду вспомогательного оборудования. Диаграмма ниже показывает структуру Netzsch DSC204F1:

Защитный газ и продувочный газ показаны на рисунке. Защитный газ обычно пропускают через периферию печи, используя инертный N2, который может защитить нагревательный элемент, продлить срок службы и предотвратить корпус печи. Влияние обледенения на периферии при низких температурах. Прибор позволяет одновременно подключать два типа продувочного газа и автоматически переключаться или смешиваться во время измерения по мере необходимости. Обычное соединение представляет собой соединение, в котором N2 соединен в качестве инертной продувочной атмосферы для обычных применений; другой связан с воздухом или O2 для использования в качестве окислительной атмосферы. Что касается принадлежностей для управления газом, он может быть оснащен обычным ротаметром, электромагнитным клапаном или измерителем массового расхода (MFC) с более высокой точностью и автоматизацией.
Прибор может быть подключен к трем различным типам холодильного оборудования. Один - это система с жидким азотом (охлаждение LN2 / GN2), один - циркуляционное охлаждение или внутриохладитель, а другой - охлаждающий воздух. Эти три метода охлаждения имеют разные характеристики и подходящие применения. Сжатый воздух является относительно простым, минимальная температура охлаждения является нормальной температурой, подходит для случаев, когда не требуется применение при низких температурах (таких как производство пластмасс, термореактивных смол и т. Д.), И часто используется в качестве автоматического охлаждения после окончания измерения, так что корпус печи охлаждается до нормальной температуры, легко добавляя следующий образец; Система с жидким азотом имеет преимущество в более быстром охлаждении и понижении температуры до -180 ° C по сравнению с механическим охлаждением. Недостатком является то, что сам жидкий азот является расходным материалом. Необходимо добавить, что существуют факторы стоимости расходных материалов; в то время как механическое охлаждение уступает жидкому азоту в скорости охлаждения и предельной температуре, но следующие в основном никакие расходуемые факторы не могут использоваться все время, что является его преимуществом.

Experimental. Экспериментальные факторы, влияющие на термический анализ и измерения

1. Влияние скорости нагрева на результаты термического анализа экспериментов

Скорость повышения температуры оказывает существенное влияние на результаты эксперимента по термическому анализу. В общем, это можно резюмировать следующим образом.

(1) Для определенной реакции образца, представленной кривой TG, DSC, увеличение скорости повышения температуры обычно таково, что начальная температура реакции Ti, пиковая температура Tp и температура завершения Tf увеличиваются. Быстрое повышение температуры, так что реакция еще не смогла протекать, она входит в более высокую температуру, реакция сборки замедляется (на фото выше).
(2) Быстрое повышение температуры должно подтолкнуть реакцию к более высокой скорости в области высоких температур, то есть не только увеличивается пиковая температура Tp кривой ДСК, но также амплитуда пика сужается и достигает пика (как показано на рисунок выше).

2. Влияние дозы образца и размера частиц на эксперименты по термическому анализу.

Небольшое количество образца выгодно для диффузии газообразного продукта и внутренней температуры образца, уменьшения градиента температуры и уменьшения отклонения температуры образца от линейного повышения температуры окружающей среды, которое вызвано поглощением и эффекты тепловыделения образца. Эксперименты показали, что площадь пика по-прежнему связана с размером частиц образца. Чем меньше частица, тем больше площадь экзотермического пика кривой ДСК. Кроме того, между сложенными сыпучими частицами пробы имеется зазор, что приводит к термическому разрушению образца, и чем меньше частицы, тем ближе штабель может накапливаться, и теплопроводность хорошая. Независимо от размера частиц образца плотность пингвина не очень легко повторить, что также повлияет на топографию кривой ТГ.

3. Влияние атмосферы на результаты термического анализа экспериментов

Для реакции с образованием газообразного продукта, если газообразный продукт не удаляется во времени или парциальное давление газообразного продукта в атмосфере увеличивается другими способами, реакцию переводят на высокую температуру. Теплопроводность атмосферы хорошая, что выгодно для обеспечения большего количества тепла в системе и увеличения скорости реакции разложения. Соотношение между теплопроводностью трех инертных газов аргона, азота и гелия и температурой последовательно увеличивается.
На рисунке ниже показан тест на разложение доломита. Процесс разложения состоит из следующих двух этапов:
MgCO3 → MgO + CO2 ↑
CaCO3 → CaO + CO2 ↑
В условиях обычной продувки N2 температура двух стадий разложения одинакова, и эффект разделения не является хорошим. Трудно точно рассчитать содержание двух компонентов MgCO3 и CaCO3. Поэтому в этом примере в качестве продувочной атмосферы был использован CO2. Поскольку оба этапа потери веса генерируют CO2, использование CO2 в качестве продувочной атмосферы повлияет на химический баланс и вызовет «задержку» реакции (коэффициент потери веса не изменяется). Поскольку «степень задержки» двухстадийного разложения не одинакова, задержка потери веса на второй стадии (разложение CaCO3) является более значительной. Таким образом, эффект поэтапного разделения эффективно достигается, и массовое отношение MgCO3 в образце может быть точно рассчитано как 44.0% (MgCO3 / CO2 = 1.91), а массовое соотношение CaCO3 составляет 55.3% (CaCO3 / СО2 = 2,27).

4. Влияние плавучести, конвекции и турбулентности на кривую ТГ

Плотность газовой фазы в пространстве среды в держателе образца уменьшается с ростом температуры, и, следовательно, плавучесть уменьшается, что выражается в кажущемся увеличении массы. Для контейнера для образца восходящий поток воздуха вызывает видимую потерю веса, а турбулентность воздуха вызывает увеличение веса, которое связано с размером и формой тигля, который можно регулировать с помощью выхода воздуха над контейнером для образца, но кривая ТГ сделана. Трудно не иметь видимого изменения массы во всем диапазоне температур.

5. Влияние герметичности образца на результаты эксперимента

Степень герметичности образца, загруженного в тигель, влияет на диффузию продукта пиролизного газа в окружающую среду воздуха и контакт образца с атмосферой. Например, вторая стадия моногидрата оксалата кальция CaC2O4 · H2O теряет реакцию оксида углерода CO: CaC2O4 · H2O → CaCO3 + CO ↑
Когда среда представляет собой воздух, если образец является рыхлым и имеет достаточную окислительную атмосферу, кривая ДСК имеет экзотермический эффект (пиковая температура 511 ° C), который представляет собой окисление CO: 2CO + O2 → 2CO2, если образец относительно компактный, в отсутствии. В кислородном состоянии кривая ДСК обладает эндотермическим эффектом. См. ниже.
рыхлый (1) и более полный (2)

Measurement.измерение различных превращений по технологии термического анализа

1. Измерение стеклования

Для аморфных твердых веществ при нагревании происходит стеклование от динамики аморфного твердого вещества к динамике потока (высокоэластичный для полимерных материалов). В этом процессе, наряду с изменением удельной теплоемкости, это отражается на кривой ДСК в качестве шага в направлении поглощения тепла.
Инфлекция. Из этого анализа можно определить температуру стеклования материала.

На рисунке выше показано испытание стеклования образца эпоксидной смолы. Согласно международным стандартам, стеклование обычно занимает среднюю точку, которая составляет 129,5 ° C. Изменение удельной теплоемкости примерно характеризует серьезность перехода.

2. Измерение кристаллизации и плавления

Плавление кристалла представляет собой фазовый переход первого рода, сопровождаемый эндотермическим эффектом в процессе плавления. Используя DSC, эндотермический эффект может быть измерен для получения информации, такой как температура плавления, энтальпия плавления и тому подобное.
На рисунке выше показано плавление металла In. Температура плавления составляет 156,7 ° С (теоретическая 156,6 ° С), энтальпия составляет 28,58 Дж / г (теоретическая величина 28,6 Дж / г).

Приведенный выше рисунок показывает испытание на стеклование, холодную кристаллизацию и плавление аморфного сплава при нагревании. Аморфные сплавы имеют высокую степень аморфной фазы из-за недостаточной кристаллизации при комнатной температуре, поэтому при нагревании происходит значительный стеклование. Затем появляется пик холодной кристаллизации, и конечный пик плавления содержит одновременное плавление кристалла при комнатной температуре и добавленную кристаллическую часть процесса холодной кристаллизации.

V. Типичный анализ термического анализа

1. термостойкость

Используя термогравиметрический анализатор, анализируя начальную стадию процесса разложения, легко понять термическую стабильность материала и получить информацию о верхнем пределе температуры использования.
Для аннотации температуры, которая может представлять термическую стабильность, можно использовать традиционный метод внешней начальной точки (шаг TG или пик DTG могут использоваться в качестве внешней начальной точки), но температура зависит от граничного условия анализа (возьмите диапазон касательных) Воздействие, иногда недостаточно стабильное. В промышленной сфере и в случаях контроля качества для характеристики термостабильности продукта используется более 1%, 2%, 5% потери веса, и результат расчета является более точным и надежным.

На приведенном выше рисунке показан спектр испытаний 5% TD (потеря массы 5%) образца ламината в качестве материала печатной платы. Образец был испытан в общей сложности три раза, и воспроизводимость была хорошей, и ТД 5% находился в диапазоне 337,5 ± 1,5 ° С.

2. Пиролизный процесс

На рисунке выше показано испытание процесса термического разложения политетрафторэтилена PTFE. Атмосфера N2 использовалась до 700 ° C и переключалась на воздух после 700 ° C. PTFE является материалом, устойчивым к высоким температурам, начальная температура разложения достигает 500 ° C или выше (начальная точка резания TG на рисунке равна 569,5 ° C), а максимальная точка скорости потери веса (пиковая температура DTG) равна 612,1 ° C. Образец при 100% полностью терял вес в инертной атмосфере, и углеродный остаток не образовывался. Это можно проверить, переключившись с графика на воздух без дальнейшей потери веса. Кривая c-DTA дополнительно дает пик плавления PTFE при температуре 330,6 ° C.

3. компонентный анализ

Используя термогравиметрический анализатор, соотношение внутренних компонентов многих материалов может быть рассчитано на основе результатов многоступенчатого измерения потери веса с использованием подходящей скорости нагрева и измеряемой атмосферы, а также рационального распределения между различными атмосферами.

На рисунке выше показан анализ процесса потери веса армированного стекловолокном PA66. Используйте N2 до 850 ° C, переключитесь на воздух после 850 ° C. Из рисунка видно, что потеря веса делится на следующие этапы:
1. Небольшая потеря веса до 1300 ° C: потеря веса 0.6%. Может быть влага, адсорбированная в материале и некоторые органические летучие вещества.
2. 300 ~ 850 ° C: основной шаг потери веса, потеря веса составляет 63,4%. Разложение PA66.
3. После переключения на воздух при 850 ° C: потеря массы составляет 1,5%, что соответствует потере тепла углеродом (продукт разложения PA66).
Остаточное качество: 34,5%. Это должен быть компонент из стекловолокна, который не разлагается и не окисляется.
Из приведенного выше анализа, отношение PA66 в образце может быть рассчитано как 64,9% (63,4 + 1,5). Доля стекловолокна составляет 34,5%. Оставшаяся доля влаги / летучих составляла 0,61ТР1Т.

4. летучая сублимация

Используя термогравиметрический анализатор, можно испытать процесс улетучивания поколения образцов (таких как смазочное масло) и охарактеризовать его стабильность.

На рисунке выше показан процесс улетучивания перфторполиэфирных смазок. Температурная программа была изменена от комнатной температуры до 130 ° C и поддерживалась на постоянной температуре. На рисунке показан массовый процент в 10, 15, 20, 25, 30 минут и самая быстрая потеря фокуса через 13,9 минут, а также соответствующая скорость потери веса DTG. Точно так же TG может также измерять процесс улетучивания (сублимации) некоторых твердых образцов, таких как камфора, для характеристики их стабильности при хранении.

5. адсорбция и десорбция

На приведенном выше рисунке показан процесс обезвоживания и водопоглощения глины, испытанной на приборе STA в атмосфере с различной влажностью. Испытание проводилось при постоянной температуре около 30 ° C с использованием генератора влажности для создания продувочной атмосферы определенной влажности. Можно видеть, что в атмосфере продувки с сушкой при относительной влажности 5% образец демонстрировал процесс дегидратации с потерей массы 0,81%. Когда атмосфера переключалась на относительную влажность 25%, образец демонстрировал водопоглощение с увеличением массы 1,66%. После относительной влажности 50% и 75% все образцы поглотили воду, и прирост массы составил 1,318% и 2,82% соответственно. В то же время на синей кривой ДСК можно наблюдать экзотермический эффект и энтальпию процесса водопоглощения.

6. Влияние скорости охлаждения на кристалличность

На приведенном выше рисунке сравниваются результаты, полученные при втором повышении температуры после охлаждения другого образца ПЭТ из расплавленного состояния до нормальной температуры с использованием другой скорости охлаждения. Можно видеть, что чем выше скорость охлаждения, тем меньше кристаллизация образца и чем больше площадь пика холодной кристаллизации, полученная при втором нагревании, тем ниже кристалличность.
Различная кристалличность будет влиять на механические свойства материала (гибкость, пластичность, ударопрочность и т. Д.), Оптические свойства, стойкость к растворителям и технологичность. Поэтому в процессе производства термопластов кристалличность также является важным индикатором для обнаружения и контроля.

7. Устойчивость к окислению

Окислительная стабильность материала может быть проверена с использованием ДСК. Конкретные методы испытаний включают метод OIT и метод окисления при динамической температуре.
Период индукции окисления (OIT) является стандартным методом испытаний для промышленности пластмасс. Постоянная температура, как правило, составляет 200 ° C, но соответствующая регулировка увеличения / уменьшения может быть выполнена в соответствии с продолжительностью времени окисления. В соответствии с разницей времени индукции окисления (OIT) разных партий образцов, можно сравнить разницу антиокислительных свойств материалов и антиокислительного эффекта различных антиокислительных присадок, и их можно использовать косвенно для идентификации Разница антивозрастных свойств материалов. Соответствующие стандарты измерений: DIN EN 728, ISO / TR 10837, ASTM D 3895.

На приведенном выше рисунке показан тест OIT для полиэтиленовых пластиковых частиц в соответствии с национальным стандартом. Образец взвешивали до примерно 15 мг, помещали в открытый тигель из алюминия и нагревали до 200 ° С под защитой N 2 со скоростью 50 мл / мин и переключали на O 2 через 5 мин. Измеренный период индукции окисления (разница во времени от начального переключения на O2 до точки инициирования экстраполяции экзотермического пика окисления) составлял 40,1 мин.

8. тест на отверждение

DSC может измерять процесс отверждения термореактивных смол (таких как эпоксидные смолы, фенольные смолы и т. Д.), А также покрытий, адгезивов и тому подобного.
На следующем рисунке показано испытание на отверждение при повышении температуры препрега из эпоксидной смолы, армированной стекловолокном. Неотвержденный препрег имеет низкую температуру стеклования (101,5 ° С) и затвердевает в процессе нагревания. На кривой ДСК показан большой экзотермический пик (136,4, двойной пик 158,9 ° С на рисунке, энтальпия отверждения 43,10) Дж / г); после охлаждения в течение второго повышения температуры, поскольку смола затвердела, температуру стеклования повышают до 142,4 ° С, и экзотермический пик отверждения больше не появляется.
Примечание. Для эпоксидных смол температура стеклования близка к линейности степени отверждения. Чем выше степень отверждения, тем более полно внутреннее сшивание материала, тем ниже подвижность сегмента и выше температура стеклования.

9. испытание на изменение фазы

На рисунке выше показан тест изменения фазы железа в процессе нагрева. Эндотермический пик при 771,5 ° С является точечным переходом Кюри, и материал превращается из ферромагнетика в парамагнетик. Эндотермический пик при 918,6 ° C и 1404,1 ° C является переходом между двумя решеточными структурами (ОЦК-центр тела - ГЦК-центр лица). Netzsch SC404 / STA449 имеет герметичную структуру с высоким вакуумом и полностью автоматизированную вакуумную систему с уникальной системой OTS для адсорбции кислорода, что позволяет измерять образцы в чистой инертной атмосфере, чтобы избежать окисления при повышенных температурах.

10. полиморф

Полиморфизм относится к явлению, что вещество может существовать в двух или более различных кристаллических структурах. Различные кристаллические формы имеют разные физические и химические свойства и могут быть преобразованы друг в друга при определенных условиях.

На приведенном выше рисунке показано измерение ДСК препарата сульфатиазола. Эндотермический пик при 173,7 ° С на фигуре представляет собой плавление формы III, которая затем преобразуется в форму I. Небольшой эндотермический пик при 196,2 ° С представляет собой плавление формы II, а эндотермический пик при 201,4 ° С представляет собой плавление формы I.

11. испытание на теплоемкость

Принцип теста
В соответствии с определением теплофизики, удельная теплоемкость c (постоянная удельная теплоемкость Cp, участвующая в общем термическом анализе) - это энергия, необходимая для повышения удельной температуры на единицу массы образца при определенной температуре. А именно: Cp = Q / (m * △ T), единица измерения J / g * K
Измените это уравнение немного:
Q = Cp * m * △ T
Затем дифференцируйте время, определите эндотермическую мощность образца в процессе нагрева q = dQ / dt, скорость нагрева HR = dT / dt, то есть: q = Cp * m * HR
Используя DSC типа теплового потока, эндотермическая мощность q неизвестного образца удельной теплоемкости и стандартного образца удельной теплоемкости std при определенной температуре соответственно измеряются при одной и той же скорости нагрева при динамической скорости нагрева, и получается:
Qsam = KT * (DSCsam - DSCbsl) = Cpsam * msam * HR
Qstd = KT * (DSCstd - DSCbsl) = Cpstd * mstd * HR
KT - коэффициент чувствительности датчика теплового потока, с помощью которого исходный сигнал DSC (единица мкВ) при определенной температуре может быть преобразован в сигнал теплового потока (единица мВт). DSCbsl - это базовая линия, которая измеряется с использованием пары заготовок и вычитается при измерении теплового потока образца и стандарта.
Разделите два вышеупомянутых уравнения, и KT и HR разделены друг на друга, чтобы получить:
(DSCsam - DSCbsl) / (DSCstd - DSCbsl) =
(Cpsam * msam) / (Cpstd * mstd)
Небольшое изменение, то есть постоянное давление удельной теплоемкости образца при определенной температуре:
Cpsam = Cpstd × [(DSCsam - DSCbsl) / msam] / [(DSCstd - DSCbsl) / mstd] = Cpstd × DSCsam, rel, sub / DSCstd, rel, sub
Где DSCxxx, rel, sub представляет сигнал DSC после вычитания базовой линии или эталона из базовой линии в относительных координатах, в мкВ / мг.

На рисунке выше показано значение удельной теплоемкости (зеленая кривая) образца чистой меди, измеренное при высокотемпературной ДСК в диапазоне RT ~ 1000 ° C, и сравнение с литературным значением (синяя кривая).

Июль 22, 2020

عمل رائع جداً .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

ru_RUРусский