آشنایی با کاربرد تست DSC در آنالیز پلیمرها

آنالیز پلیمرها با استفاده از تست DSC یک ابزار قدرتمند برای بررسی ویژگی‌های حرارتی و ساختاری پلیمرها است. تست DSC یا Differential Scanning Calorimetry یک تکنیک تحلیلی است که به طور دقیق رفتار حرارتی مواد مختلف را بررسی می‌کند. این تست با اندازه‌گیری تغییرات گرما و سرمایش مواد در دماهای مختلف، به محققان این امکان را می‌دهد تا اطلاعاتی ارزشمند در خصوص فرآیندهای انتقال فاز، انجماد، ذوب، و بلورینگی پلیمرها به دست آورند.

کاربرد تست DSC در آنالیز پلیمرها بسیار گسترده است زیرا می‌تواند به درک عمیق‌تری از رفتار حرارتی پلیمرها و تغییرات آن‌ها در فرآیندهای صنعتی مختلف کمک کند. از این رو، تفسیر تست آنالیز DSC به عنوان یکی از تست‌ های آزمایشگاهی پلیمر و همچنین یکی از مهم‌ترین بخش‌های این آزمون محسوب می‌شود که به پژوهشگران این امکان را می‌دهد تا از داده‌های به‌دست‌آمده برای تحلیل و بهبود خصوصیات پلیمرها استفاده کنند.

تست DSC چیست؟

تست گرماسنجی روشی تفاضلی یا همان DSC یک تکنیک پرکاربرد برای مطالعه رفتار حرارتی پلیمرها و تعیین خواص حرارتی آن‌­ها است. همچنین تست DSC را می‌توان یکی از تست‌های آنالیز دستگاهی در شناسایی پلیمرها معرفی نمود که رفتار پلیمرها با کمک آن تفسیر می‌شود.

اصول آنالیز پلیمرها با استفاده از تست DSC

آنالیز پلیمرها با استفاده از تست 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 آنالیز پلیمرها با استفاده از تست DSC به طور گسترده برای مطالعه خواص حرارتی پلیمرها مانند نقطه ذوب (T_m)، دمای انتقال شیشه­‌ای (T_g)، 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.

پردازش و عملکرد پلیمر

پایداری حرارتی یک پلیمر برای پردازش و عملکرد آن مهم است. آنالیز پلیمرها با استفاده از تست 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 به دلیل سختی، براقیت، چقرمگی، خواص عایق الکتریکی پیشرفته و ماشین­‌کاری آسان به صورت گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می­‌گیرد. ای بی اس (ABS) یک کوپلیمر بسیار رایج است که به این خصوصیات معروف است.

تجزیه و تحلیل حرارتی ABS

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 T_g 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 T_g بر ویژگی­‌های مکانیکی، حرارتی و پردازشی پلیمرها، دانستن این دما حائز اهمیت است. به عنوان مثال، مقدار T_g می­‌تواند محدوده دمایی را تعیین کند که در آن یک پلیمر پایدار در نظر گرفته می­‌شود و خواص مکانیکی خود را حفظ می­‌کند.

اگرچه توقف کوتاه ممکن است برای برخی از پلیمرها مانند پلی اتیلن مشکلی ایجاد نکند، اما برای پلیمرهای دارای پیوند غیر اشباع مانند ABS نگران‌کننده است. بنابراین، برای حفظ خواص ضربه‌­ای ABS، بررسی T_g و دمای شروع اکسیداسیون (OOT) بسیار حائز اهمیت است. همچنین، در بررسی­‌های انجام‌شده 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.

واکنش اکسیداسیون در پلیمرها

در آنالیز پلیمرها با استفاده از تست DSC یکی از گزینه‌ها واکنش اکسیداسیون است. 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 تولیدشده متناسب با کاربرد مورد نظر بسیار حائز اهمیت است. در نمودار زیر، oxidation onset temperature قطعه پروپیلنی در تست DSC مشخص شده است.

آنالیز پلیمرها با استفاده از 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.

شرایط خاص و نکات مهم آنالیز DSC

تست آنالیز DSC نشان داده است که ثبت سیکل دمایی برای آنالیز TGA و DSC از ۵۰ درجه سانتی‌گراد (دمای کاری دستگاه) آغاز می‌شود. اما امکان تحلیل در دماهای پایین‌تر از محیط نیز وجود دارد. در تست DSC در آنالیز پلیمرها باید به این نکته توجه نمایید که وزن نمونه‌های توده‌ای سفت نباید از ۱۰ میلی‌گرم بیشتر باشد.

در تفسیر تست آنالیز DSC باید به این نکته توجه کنید که فرآیندهای هم‌ دما و سیکل سرمایشی تا دمای اتاق قابل انجام هستند. مقایسه جریان گرما بین یک نمونه و یک ماده مرجع به کمک آنالیز پلیمرها با استفاده از تست DSC انجام می‌شود. بهتر است بدانید که در این تست خواص حرارتی پلیمرها مانند نقطه ذوب (Tm)، دمای انتقال شیشه ای (Tg)، رفتار تبلور و پایداری حرارتی بررسی می‌شود.

آنالیز پلیمرها با استفاده از تست DSC با کمک مشاوران آتمن پلیمر

مهندسان واحد مهندسی فعال در شرکت آریا توسعه ماندگار نوین، بررسی و تجزیه و تحلیل نتایج تست­‌های محصولات شما را برعهده می‌­گیرند. ما نتایج آنالیز پلیمرها با استفاده از تست DSC را بررسی می‌کنیم 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 به ویژه آنالیز پلیمرها با استفاده از تست DSC می­‌توانید با ما تماس بگیرید و یا فرم تماس با ما را در سایت آتمن پلیمر پر نمایید تا کارشناسان ما در اسرع وقت با شما تماس بگیرند.