Εισαγωγή
Οι καθορισμένοι ρυθμοί θέρμανσης και ψύξης είναι σημαντικές παράμετροι για τις μετρήσεις DSC. Τα διεθνή πρότυπα συνιστούν ρυθμό θέρμανσης 10 K/min ή 20 K/min (ISO 11357, DIN 53765, ASTM E793, ASTM E794) όταν επιδιώκεται θερμοδυναμική ισορροπία. Αντίθετα, ο στόχος του ελέγχου και της διασφάλισης της ποιότητας στην επεξεργασία πολυμερών είναι η ταχύτερη λήψη ουσιαστικών αποτελεσμάτων μέτρησης μέσω υψηλότερων ρυθμών θέρμανσης (π.χ. 40 K/min). Ο πρωταρχικός στόχος είναι η σύγκριση μιας τρέχουσας μέτρησης σε ένα απορριφθέν τεμάχιο με ένα τεμάχιο ελέγχου.
Επίδραση των ρυθμών θέρμανσης και ψύξης χρησιμοποιώντας το παράδειγμα του PBT
Στο Σχήμα 1 παρουσιάζεται η συμπεριφορά τήξης του τερεφθαλικού πολυβουτυλενίου (PBT) σε αυξανόμενο ρυθμό θέρμανσης. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με το DSC 204 F1 Phoenix® σε ατμόσφαιρα αζώτου. Ο σχετικά υψηλός ρυθμός θέρμανσης 40 K/min για το ημικρυσταλλικό PBT δεν παρουσιάζει πλέον την τυπική τήξη της ß-φάσης που παρατηρείται στους κρυσταλλίτες smaller, αλλά μόνο την κύρια κορυφή τήξης (εδώ στους 228°C). Εάν επιχειρείται η ταυτοποίηση του υλικού, θα μπορούσε εδώ να υποτεθεί λανθασμένα ότι το εν λόγω υλικό είναι πολυαμίδιο (PA 6). Ο χαμηλότερος ρυθμός θέρμανσης των 10 K/min δείχνει ήδη την ß-φάση σαφώς διαχωρισμένη από την κύρια κορυφή στους 217°C. Αυτό είναι τυπικό για το PBT και δεν συμβαίνει για το PA6.
Η ελεγχόμενη ψύξη από το τήγμα που πραγματοποιείται με τον ενδοψυκτήρα αποδίδει τη συμπεριφορά κρυστάλλωσης του PBT (σχήμα 2). Καθώς αυξάνεται ο ρυθμός ψύξης, τόσο η αρχή της στερεοποίησης (προεκτεταμένο τέλος, κατεύθυνση θεώρησης από δεξιά προς τα αριστερά) όσο και η μέγιστη θερμοκρασία κρυστάλλωσης μετατοπίζονται σε χαμηλότερες τιμές (σχήμα 3). Καθώς αυξάνεται ο ρυθμός ψύξης, η κορυφή κρυστάλλωσης όχι μόνο αποκτά larger αλλά επεκτείνεται και σε ευρύτερο εύρος θερμοκρασιών. Αν και στη χύτευση με έγχυση χρησιμοποιούνται σημαντικά υψηλότεροι ρυθμοί ψύξης, η DSC παρέχει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με το πότε ή σε ποια θερμοκρασία το τεμάχιο μπορεί να αποχυθεί από το εργαλείο με ασφάλεια και χωρίς κίνδυνο παραμόρφωσης.
Περίληψη
Ο χειριστής εκτελεί με ευλάβεια τη μέτρηση της θερμοκρασίας calibraσε υψηλότερους ρυθμούς θέρμανσης και καταγράφει μια μετατόπιση της θερμοκρασίας της κορυφής τήξης σε υψηλότερες τιμές, αλλά στη συνέχεια συχνά εκπλήσσεται που η μέτρηση DSC στο πραγματικό δείγμα πολυμερούς δεν δίνει το επιθυμητό αποτέλεσμα. Ο υψηλός ρυθμός θέρμανσης προκαλεί μετατόπιση των θερμικών φαινομένων- μεμονωμένες κορυφές ή φάσεις τήξης δεν μπορούν πλέον να διαχωριστούν αξιόπιστα. Ο ρυθμός ψύξης επηρεάζει επίσης τη συμπεριφορά κρυστάλλωσης. Οι γρήγοροι ρυθμοί ψύξης προκαλούν καθυστέρηση στην κρυστάλλωση, αλλά χρησιμεύουν για τη βελτιστοποίηση των διαδικασιών παραγωγής.