Przejście szkliste (Tg) to odwracalne przejście fizyczne, które zachodzi, gdy amorficzna część materiału jest podgrzewana lub chłodzona w określonym zakresie temperatur. Chłodzenie materiału poniżej temperatury zeszklenia powoduje, że staje się on kruchy jak szkło, natomiast ogrzewanie powyżej temperatury Tg powoduje, że materiał staje się skórzasty, a następnie gumowaty. Znajomość charakterystycznych wartości przejścia szklistego, takich jak temperatura przejścia szklistego Tg w K lub °C oraz wartość delta cp w J/g°C (= wysokość stopnia krzywej) jest przydatna do określenia zakresu temperatury roboczej lub zawartości amorficznej w materiale półkrystalicznym.
Przegląd tematów:
Właściwości fizyczne, takie jak pojemność cieplna, Cp, współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) i moduł sprężystości (G') zmieniają się przy przejściu szklistym. Rysunek przedstawia trzy różne krzywe polistyrenu (PS) uzyskane z różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), analizy termomechanicznej (TMA) i dynamicznej analizy mechanicznej (DMA). Krzywą Cp wyznaczono na podstawie ogrzewania DSC z prędkością 5 K/min. PS został wcześniej schłodzony. Współczynnik CTE uzyskano z drugiego cyklu ogrzewania za pomocą TMA, a moduł (G') określono za pomocą pomiaru ścinania DMA przy 10 Hz.
 |
 |
Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) to wszechstronna technika pomiarowa stosowana w wielu laboratoriach analitycznych, zarówno do kontroli jakości, jak i badań i rozwoju. Mierzy przepływ ciepła wytwarzanego w próbce, gdy jest ona ogrzewana, chłodzona lub utrzymywana izotermicznie w stałej temperaturze.
DSC jest popularną metodą określania przejścia szklistego ze względu na łatwość użycia i krótki czas pomiaru.
Konwencjonalna DSC zazwyczaj obejmuje pomiary do 700 °C. Jednak doskonałe wyniki można również uzyskać powyżej 700 ° C za pomocą analizatora termograwimetrycznego / różnicowego kalorymetru skaningowego METTLER TOLEDO (TGA / DSC).
Na przykładzie polichlorku winylu (PVC) wykazano, że temperatura zeszklenia i wartość delta cp zależą od stopnia chlorowania.
Standardy
Norma służy do zapewnienia normy porównawczej, która jest zarówno powszechnie stosowana, jak i uznawana. Zapewnia to, że wyniki testów w procesach produkcyjnych i testowych stosujących tę samą normę są jednolicie porównywalne. Normy mogą - jeśli są dostępne - zastąpić walidację metody analizy, która jest wymagana do zapewnienia jakości, akredytacji lub zatwierdzenia. Obecnie standaryzacja w analizie termicznej jest prowadzona przez wiele krajowych i międzynarodowych organizacji, takich jak ISO, ASTM, DIN i CEN.
Dostępnych jest wiele norm regulujących oznaczanie zeszklenia. Normy te to ISO 11359-2, ISO 11357-2, EN 6032, ASTM E1356 lub ASTM D3418, aby wymienić tylko kilka z nich.
Wskazówki i podpowiedzi
W przypadku najpopularniejszej techniki DSC: Pomiar dobrej jakości ilościowych danych dotyczących zeszklenia jest trudnym zadaniem dla DSC. Niemniej jednak jest to powszechna i użyteczna technika ze względu na dostępność instrumentów dsc, proste przygotowanie próbki, stosunkowo krótki czas pomiaru, dobrą dokładność i łatwą ocenę przy użyciu komercyjnego oprogramowania.
Wskazówki i porady dotyczące uzyskiwania dobrych danych obejmują:
- Ustabilizuj przyrząd przed pomiarem
- Nigdy nie należy wykonywać pierwszego pomiaru po włączeniu urządzenia.
- Należy sprawdzić powtarzalność pomiarów
- Uśrednianie różnych pomiarów poprawia dokładność
- Czyste tygle należy dokładnie umieścić na czujniku.
- Jeśli to możliwe, proszę używać tygli o niewielkiej różnicy masy, <50 µg.
- Zalecane: Tygiel 40 µL; masa próbki: 10 do 20 mg dla materiałów organicznych
- Należy zapewnić dobry kontakt termiczny między próbką a tyglem.
Aplikacje
Produkty pokrewne
Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC)
Technika DSC służy do pomiaru entalpii związanej z przemianami fazowymi i reakcjami chemicznymi oraz oznaczania temperatury, w której te procesy zachodzą.
Analiza termomechaniczna TMA
Współczynnik rozszerzalności cieplnej jest wyznaczany dokładnie i precyzyjnie. Analizator termomechaniczny TMA ma nano rozdzielczość w zakresie od -150 do 1600 °C.
Dynamiczny analizator mechaniczny DMA
Dynamiczny analizator mechaniczny umożliwia określenie amplitud siły i przemieszczenia oraz przesunięć fazy.
FAQ
Jakie główne czynniki wpływają na zeszklenie?
Stopień utwardzenia/usieciowania, plastyfikatory, krystaliczność i historia termiczna wpływają na zeszklenie.
Jakie są typowe wyniki dla zeszklenia uzyskane z krzywej przepływu ciepła DSC?
Temperatura zeszklenia, wysokość stopnia, która odpowiada pojemności cieplnej właściwej cp i szerokości przejścia szklistego.
Dlaczego znajomość temperatury zeszklenia jest ważna?
- Do określenia maksymalnej temperatury użytkowania materiału
- Do dostosowywania parametrów procesu, jeśli materiał musi być przetwarzany w określonym stanie
- Do określania stopnia utwardzenia materiałów termoutwardzalnych
- Do określenia, czy materiał jest krystaliczny, amorficzny czy półkrystaliczny
W jaki sposób można określić temperaturę zeszklenia powyżej 700 °C?
Przejście szkliste można zmierzyć w wysokim zakresie temperatur za pomocą TGA/dsc.
Jakie są najbardziej czułe techniki analizy termicznej do określania zeszklenia?
Czułość dla zeszklenia wzrasta w następującej kolejności: TGA/dsc, DSC, DSC z modulacją temperatury, TMA, TMA z obciążeniem różnicowym (DLTMA), a na końcu DMA. Wynika to z rzędu wielkości wzrostu właściwości fizycznych mierzonych daną techniką.