Introduction
Le moulage par injection est le principal procédé utilisé dans l'industrie des polymères pour produire des pièces de forme définie. Le polymère fondu est injecté dans une cavité de moule relativement froide où il est rapidement refroidi. La température du moule influence directement le taux de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation et donc les propriétés du produit final, elle doit donc être parfaitement définie. Pour cela, l'utilisation d'un DSC pour des tests de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisationIsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme, où l'on simule le comportement d'un polymère dans le moule, est un véritable gain de temps.
Refroidissement et stabilisation rapides
Pour les tests de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisationIsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme, un DSC doit répondre à deux exigences. L'échantillon doit être refroidi très rapidement pour éviter le début de la CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation pendant le refroidissement. En outre, la température doit être stabilisée à la température de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation spécifiée sans dépassement ni sous-dépassement. En particulier, un dépassement de la température peut entraîner un début prématuré de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisation. Certains polymères tels que les polyoléfines cristallisent très rapidement. Il suffit de quelques secondes à une température légèrement inférieure à la température cible pour déclencher involontairement la CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisation.
Grâce à la faible masse thermique de son four, le module P du DSC 300 Caliris® permet d'obtenir des vitesses de chauffage et de refroidissement très rapides ainsi qu'un excellent contrôle de la température pendant les segments isothermes suivants.
NETZSCH Dans cet exemple, des essais de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisationIsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme ont été réalisés sur un polyéthylène haute densité avec le DSC 300 Caliris®. Après avoir été chauffés à 230°C, c'est-à-dire à une température supérieure à la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). température de fusion du PEHD (polyéthylène haute densité), suivi d'un segment IsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme de 5 minutes, les échantillons ont été refroidis à une vitesse de refroidissement élevée jusqu'à trois températures de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisation différentes. Le tableau 1 détaille les conditions de mesure.
Tableau 1 : Conditions pour les tests de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisationIsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme
| Appareil | DSC 300 Caliris® avec module P | ||
| Creuset | Concavus® (aluminium), couvercle percé | ||
| Masse de l'échantillon | 5.55 mg | 5.68 mg | 5.58 mg |
| Plage de température | 230°C à la température de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation | ||
| Température de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation | 122.5°C | 123.0°C | 123.5°C |
| Vitesse de refroidissement nominale | 200 K/min | ||
| Atmosphère | Azote (40 ml/min) | ||
Résultats des mesures et discussion
Le profil de température du refroidissement à 123,0°C démontre l'excellente stabilité de la température pendant le segment IsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme après que la température de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation visée a été atteinte (figure 1).
La figure 2 présente les courbes DSC obtenues pour les segments isothermes à 122,5°C, 123,0°C et 123,5°C. En raison de la stabilisation rapide de la température à la valeur spécifiée, l'effet initial sur la courbe DSC causé par le changement de segment du refroidissement à l'IsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme est suffisamment faible pour permettre la séparation des effets thermiques se produisant à son début. Le pic ExothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est exothermique si elle produit de la chaleur.exothermique détecté pendant le segment IsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme des trois mesures peut être attribué à la CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation du polyéthylène. Comme prévu, l'enthalpie de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation (surface du pic) augmente à mesure que la température du segment IsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme diminue, ce qui indique un degré de cristallinité plus élevé dans le produit final. En outre, la pente du pic est plus forte lorsque la température IsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme diminue, de sorte que le minimum du pic est atteint plus rapidement. Cela signifie que la CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisation est plus rapide.
Des mesures DSC à la cinétique de cristallisation :Cinétique Neo
La dépendance du pic de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisation par rapport à la température permet d'utiliser les courbes DSC pour une analyse cinétique du processus de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisation. Pour ce faire, le logiciel Kinetics Neo a été utilisé. Il permet d'attribuer à chaque étape individuelle différents types de réaction avec leurs propres paramètres cinétiques, tels que l'énergie d'activation, l'ordre de réaction et le facteur pré-exponentiel.
Le taux de réaction chimique pour chaque étape de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisation, j, peut être écrit comme le produit de deux fonctions, où la première fonction, fj(ej,pj,), dépend des concentrations du réactif (ej) et du produit (pj). La seconde fonction, Kj(T), dépend de la température [1].
Ici, une réaction en une étape a été choisie pour la cinétique de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisation. Le modèle de cristallisation de Sbirrazzuoli [2] utilise la dépendance de Nakamura K(T) et la dépendance de Sestak-Berggren sur les concentrations f(e,p) :
L'utilisation de ce modèle nécessite la connaissance de la transition vitreuse et de la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). température de fusion de l'échantillon, même si le logiciel optimise la valeur de la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). température de fusion. L'évaluation cinétique sera alors valable sur toute la plage de température comprise entre ces deux températures.
De plus, la fonction K(T) inclut les paramètres U et KG qui sont optimisés par le logiciel Kinetics Neo.
La figure 3 illustre les courbes de mesure ainsi que les courbes calculées dans Kinetics Neo à l'aide du modèle cinétique décrit ci-dessus. Le tableau 2 résume les paramètres de la cinétique. Les résultats montrent une bonne concordance entre les résultats mesurés et les résultats calculés. Le coefficient de corrélation s'élève à 0,996.
Tableau 2 : Paramètres de la cinétique de cristallisation
| Type de réaction | CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.Cristallisation de Sbirrazzuoli |
| Nakamura KG | 24.384 |
| Log(PreExp) [Log(1/2)] | 2.072 |
| Ordre de réaction, n | 1.286 |
| Ordre de l'autocatalyse, m | 0.695 |
| Ordre du terme logarithmique, q | 0 |
| Température de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion [°C] | 130 |
| Température de transition vitreuse [°C] | -130 |
| U* [kJ/mol] | 6.30 |
Sur la base des résultats, Kinetics Neo est capable de simuler la réaction pour des programmes de température spécifiés par l'utilisateur. Par exemple, la figure 4 présente les courbes DSC obtenues pour des températures de cristallisation comprises entre 80°C et 115°C. Comme on peut s'y attendre, plus la température est basse, plus la réaction est rapide. Si le matériau est injecté dans un moule small à une température de 80°C, il cristallisera en quelques secondes. Si le moule est à 115°C, il faudra une minute pour que le polymère cristallise complètement.
Tests DSC accompagnant la production pour un gain de temps et d'argent
Les tests de cristallisation IsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme peuvent être réalisés avec le NETZSCH DSC 300 Caliris®® sur le polyéthylène - une polyoléfine connue pour sa cristallisation rapide. Les tests DSC sont faciles à réaliser et ne nécessitent qu'une masse d'échantillon small. Les mesures de cristallisation IsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme permettent notamment de déterminer les conditions de traitement appropriées, telles que la température du moule et le temps de refroidissement, afin que les pièces obtenues présentent toutes les propriétés requises.