مواد پلیمری به دلیل خواص منحصر به فرد خود به طور گسترده در زمینه‌های مختلفی مانند بسته‌بندی، ساخت و ساز، خودروسازی و الکترونیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این وجود، عملکرد مواد پلیمری به شدت به خواص حرارتی و مکانیکی آنها بستگی دارد که این خواص می‌تواند تحت تاثیر ساختار مولکولی و شرایط پردازش آنها باشد. تست گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC) یک تکنیک پرکاربرد برای مطالعه رفتار حرارتی پلیمرها و تعیین خواص حرارتی آنها است. در این مقاله به طور مختصر به بررسی تست DSC در پلیمرها می‌پردازیم.
اصول DSC :
DSC یک تکنیک آنالیز حرارتی است که ظرفیت حرارتی یک نمونه را به عنوان تابعی از دما یا زمان اندازه‌گیری میکند. اصل اساسی DSC مبتنی بر مقایسه جریان گرما بین یک نمونه و یک ماده مرجع است که تحت یک برنامه دمایی کنترل شده با یک نرخ گرمایش یا سرمایش قرار می‌گیرند. با تغییر دما، جریان حرارتی بین نمونه و مرجع اندازه‌گیری می‌شود و هر گونه تفاوت در جریان گرما ثبت می‌شود. دادههای حاصل، اطلاعاتی در مورد رفتار حرارتی نمونه ارائه می‌دهد.
کاربرد تست DSC در پلیمرها:
در علم پلیمر تست DSC به طور گسترده برای مطالعه خواص حرارتی پلیمرها مانند نقطه ذوب (Tm)، دمای انتقال شیشه‌ای (Tg)، رفتار تبلور و پایداری حرارتی استفاده می‌شود. خواص حرارتی پلیمرها بسیار حائز اهمیت است، زیرا بر پردازش و عملکرد مواد پلیمری تاثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، دمای انتقال شیشه‌ای یک پارامتر حیاتی است که سفتی و انعطاف‌پذیری یک ماده پلیمری را تعیین میکند. همچنین، نقطه ذوب برای تعیین شرایط پردازش یک ماده پلیمری مهم است.
پایداری حرارتی یک پلیمر برای پردازش و عملکرد آن مهم است. DSC را می‌توان برای مطالعه پایداری حرارتی پلیمرها با حرارت دادن نمونه با سرعت ثابت تحت یک اتمسفر خنثی مانند نیتروژن و یا آرگون مورد استفاده قرار داد. پایداری حرارتی با شروع تخریب حرارتی تعیین می‌شود که با یک پیک گرمازا در منحنی DSC نشان داده می‌شود. دمایی که در آن تخریب حرارتی رخ می‌دهد، پارامتر مهمی برای تعیین شرایط پردازش برای یک ماده پلیمری است.
به عنوان مثال، اکریلونیتریل-بوتادین-استایرن (ABS)، یک کوپلیمر بسیار رایج است و به دلیل سختی، براقیت، چقرمگی، خواص عایق الکتریکی پیشرفته و ماشین‌کاری آسان آن، به صورت گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در تجزیه و تحلیل حرارتی ABS، دمای انتقال شیشه‌ای آن اغلب در حدود 100 درجه سانتیگراد مشخص می‌شود. دمای انتقال شیشه‌ای به شدت تحت تأثیر مقدار مونومرهای مورد استفاده است. بنابراین، بررسی Tg روش خوبی برای ارزیابی کیفیت مواد خام است. در این مثال، دو نمونه ABS مختلف توسط DSC با نرخ گرمایش 25K/min مورد بررسی قرار گرفت. هر دو منحنی اولین چرخه گرمایش را از خود نشان می‌دهند و در هر دو مورد، دمای انتقال شیشه‌ای ABS را می‌توان در حدود 100 درجه سانتیگراد شناسایی کرد. به دلیل تاثیر Tg بر ویژگی‌های مکانیکی، حرارتی و پردازشی پلیمرها، دانستن این دما حائز اهمیت است. به عنوان مثال، مقدار Tg می‌تواند محدوده دمایی را تعیین کند که در آن یک پلیمر پایدار در نظر گرفته می‌شود و خواص مکانیکی خود را حفظ میکند.
لازم به ذکر است که خاموش شدن تجهیزات قالب‌گیری تزریقی، اگرچه نامطلوب است، اما هر از گاهی در هر محیط تولیدی رخ می‌دهد. هنگامی که این اتفاق میافتد، پلیمر مذاب در قالب دستگاه تزریق به دام میافتد و تخریب حرارتی و اکسیداسیون ممکن است تسریع شود و متعاقبا منجر به تخریب شدید پلیمر و خواص آن و تضعیف قطعه شود. اگرچه توقف کوتاه ممکن است برای برخی از پلیمرها مانند پلی اتیلن مشکلی ایجاد نکند، اما برای پلیمرهای دارای پیوند غیر اشباع مانند ABS نگران کننده است. بنابراین، برای حفظ خواص ضربه‌ای ABS، بررسی Tg و دمای شروع اکسیداسیون (OOT) بسیار حائز اهمیت است. همچنین، در بررسی‌های انجام شده در رابطه با ABS در تست DSC مشاهده شد که با افزایش زمان ماندگاری آن در قالب دستگاه تزریق، باعث کاهش دمای اکسیداسیون می‌شود که این امر اهمیت تجزیه و تحلیل درست تست DSC را چندین برابر میکند.
همچنین، واکنش اکسیداسیون در پلیمرهایی مانند پروپیلن، باعث تشکیل گروه‌های هیدروکسیل و کربونیل می‌شود که نهایتا منجر به شکست قطعه خواهد شد. بنابراین، دانستن دمای اکسیداسیون قطعه پلیمری تولید شده متناسب با کاربرد مورد نظر بسیار حائز اهمیت است.
در نمودار زیر، oxidation onset temperature قطعه پروپیلنی در تست DSC مشخص شده است.
نتیجه گیری:
تست DSC یک تکنیک قدرتمند برای مطالعه رفتار حرارتی پلیمرها و تعیین خواص حرارتی آنها مانند نقطه ذوب، دمای انتقال شیشه‌ای، رفتار بلورینگی و پایداری حرارتی است. خواص حرارتی پلیمرها مهم است، زیرا بر پردازش و عملکرد مواد پلیمری تاثیر می‌گذارد. تست DSC به طور گسترده در علم پلیمر مورد استفاده قرار می‌گیرد و به طور قابل توجهی به توسعه مواد پلیمری جدید با خواص بهبود یافته کمک کرده است.
مهندسان واحد مهندسی فعال در شرکت آریا توسعه ماندگار نوین، بررسی و تجزیه و تحلیل نتایج تست‌های محصولات شما را برعهده می‌گیرند. ما بررسی نتایج تست‌ها را از طرف شما انجام می‌دهیم تا اطمینان حاصل کنیم که پلیمرهای مورد استفاده در برابر پارامترهای مورد نظر محصول شما، با کمترین هزینه ممکن دارای کارایی هستند.
برای مشاوره و دریافت خدمات تست‌های آزمایشگاهی پلیمر می‌توانید با شماره تماس 02142407442 تماس بگیرید و یا فرم تماس با ما را در سایت آتمن پر نمایید تا کارشناسان ما در اسرع وقت با شما تماس بگیرند.
