Pendahuluan
PEEK adalah bahan plastik rekayasa yang dikarakterisasi sebagai termoplastik aromatik; rantai utamanya mengandung unit berulang yang terdiri dari ikatan keton dan dua ikatan eter. Ini memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, tahan api, dan memiliki sifat listrik yang baik serta ketahanan yang baik terhadap panas, benturan, asam dan alkali, hidrolisis, abrasi, kelelahan, iradiasi, dll. Ini dapat digunakan sebagai bahan struktural tahan suhu tinggi dan bahan isolasi listrik, tetapi juga sebagai bahan penguat komposit bila dikombinasikan dengan serat kaca atau serat karbon, menawarkan aplikasi yang luas di ruang angkasa, perangkat medis (sebagai tulang buatan untuk memperbaiki cacat tulang) dan bidang industri lainnya.
PEEK menunjukkan perilaku khas bahan polimer semi-kristal; Kristalinitas / Derajat KristalinitasKristalinitas mengacu ke tingkat keteraturan struktural suatu benda padat. Dalam kristal, susunan atom atau molekulnya konsisten dan berulang-ulang. Banyak bahan seperti keramik kaca dan beberapa polimer dapat dipersiapkan sedemikian rupa untuk menghasilkan campuran daerah kristal dan amorf. kristalinitas dan morfologi kristalnya sangat dipengaruhi oleh riwayat termal selama pemrosesan, yang kemudian memengaruhi sifat-sifatnya, seperti sifat mekanik atau optik. Oleh karena itu, mempelajari proses KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi dan peleburan PEEK sangat penting secara praktis.
DSC Termodulasi Suhu (TM-DSC)
TM-DSC merupakan perluasan dari teknik kalorimetri pemindaian diferensial (DSC) tradisional. Teknik ini menumpangkan gelombang suhu sinusoidal pada tanjakan suhu linier, yang menghasilkan kurva aliran panas berosilasi yang sesuai dengan sampel. Kurva aliran panas yang berosilasi ini kemudian dipisahkan menjadi dua kurva tambahan: kurva aliran panas yang membalik dan tidak membalik. Efek termal yang terkait dengan perubahan kapasitas panas suatu bahan ada pada kurva pembalikan; ini biasanya meliputi transisi gelas, transisi Curie, Transisi FaseIstilah transisi fase (atau perubahan fase) paling sering digunakan untuk menggambarkan transisi antara keadaan padat, cair dan gas.transisi fase orde dua, dan perubahan kapasitas panas sebelum dan sesudah reaksi. Efek kinetik akan berada pada kurva non-pembalikan, laju reaksi yang bergantung pada suhu dan laju konversi, tetapi tidak pada laju pemanasan; misalnya, KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi dingin, KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi silang, efek Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan, dll. Untuk polimer, TM-DSC biasanya digunakan untuk memisahkan transisi gelas dengan efek termal yang ditumpangkan seperti RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi entalpi, Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan ikatan silang, dan PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan pelarut; suhu transisi gelas yang lebih akurat kemudian dapat diperoleh.
Menerapkan TM-DSC dalam peleburan dan KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi merupakan hal yang kompleks dan kontroversial. Terbukti bahwa efek peleburan tidak dapat dipisahkan sebagai efek reversibel atau tidak dapat dibalikkan saja, dan hasil pemisahan bervariasi dengan parameter pengujian; ini karena peleburan bukanlah efek kapasitas panas murni atau efek kinetik. Namun, beberapa publikasi terkait telah membuktikan bahwa TM-DSC masih berguna dalam bidang penelitian ini; misalnya, pada kurva non-balik, orang sering dapat mengamati puncak EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal ekstra, yang sering dikaitkan dengan rekristalisasi fase kristal sekunder. Kristal sekunder tersebut meleleh pada suhu yang lebih rendah; kemudian, rantai polimer bebas menempel pada permukaan butiran kristal primer di mana mereka mengkristal kembali dan melepaskan panas.
Catatan
Kristal sekunder: biasanya dengan butiran small, struktur kisi yang relatif tidak sempurna, susunan rantai molekul yang agak tidak teratur, dan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh yang relatif lebih rendah
Kristal primer: biasanya dengan pelat yang lebih tebal, struktur kristal yang lebih lengkap, rantai molekul yang tersusun dengan baik, dan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh yang lebih tinggi
Dalam Catatan Aplikasi ini, TM-DSC digunakan untuk mempelajari Suhu Transisi KacaTransisi gelas adalah salah satu sifat terpenting dari bahan amorf dan semi-kristal, misalnya, gelas anorganik, logam amorf, polimer, obat-obatan dan bahan makanan, dll., dan menggambarkan wilayah suhu di mana sifat mekanis bahan berubah dari keras dan rapuh menjadi lebih lunak, dapat diubah bentuknya atau kenyal.transisi kaca, KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi dan peleburan dingin, rekristalisasi, dan proses peleburan ulang sampel film PEEK.
Kondisi Pengukuran
Sampelnya adalah film PEEK. Persiapan sampel (gambar 1) terdiri dari melubangi serangkaian cakram film small (sekitar 5 mg) menggunakan alat pelubang kertas, memasukkannya ke dalam wadah aluminium Concavus®, dan menutup wadah dengan tutup geser (tutup geser adalah tutup wadah yang tertanam yang dapat menekan film yang longgar dengan kuat untuk meningkatkan kontak termal).
Atmosfer uji adalah N2 (50 ml/menit), dan TM-DSC dipilih sebagai mode uji.
Hasil Pengukuran
Efek termal sampel mencakup dua tahap:
tahappertama: di bawah 210°C; Suhu Transisi KacaTransisi gelas adalah salah satu sifat terpenting dari bahan amorf dan semi-kristal, misalnya, gelas anorganik, logam amorf, polimer, obat-obatan dan bahan makanan, dll., dan menggambarkan wilayah suhu di mana sifat mekanis bahan berubah dari keras dan rapuh menjadi lebih lunak, dapat diubah bentuknya atau kenyal.transisi kaca dan KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi dingin
tahapke-2: di atas 210°C; peleburan, rekristalisasi, dan peleburan ulang
Parameter modulasi yang berbeda digunakan untuk kedua tahap untuk mendapatkan hasil yang lebih baik:
Parameter pada tahappertama: pemanasan dari 100°C hingga 210°C pada 2 K/menit, periode 30 detik, amplitudo 0,5 K.
Parameter pada tahapke-2: pemanasan dari 210°C hingga 400°C pada 2 K/min, periode 60 detik, amplitudo 0,32 K.
Sinyal TM-DSC mentah ditunjukkan pada gambar 2.
Hasil Suhu Transisi KacaTransisi gelas adalah salah satu sifat terpenting dari bahan amorf dan semi-kristal, misalnya, gelas anorganik, logam amorf, polimer, obat-obatan dan bahan makanan, dll., dan menggambarkan wilayah suhu di mana sifat mekanis bahan berubah dari keras dan rapuh menjadi lebih lunak, dapat diubah bentuknya atau kenyal.transisi kaca dan KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi dingin disajikan dalam gambar 3. Puncak RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi (puncak 143,4°C) dan puncak KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi dingin (puncak 161,5°C) ditunjukkan pada kurva DSC yang tidak membalik (kurva merah). Transisi gelas (Tg 143,8°C (titik tengah)) dapat dilihat pada kurva DSC pembalikan (kurva hijau). Selain itu, kurva pembalikan juga menunjukkan sedikit penurunan (0,043 J/g*K) pada Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik selama KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi dingin.
Hal ini disebabkan oleh lebih banyak rantai molekul yang terikat pada daerah kristal setelah KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi dingin, sehingga kebebasan vibrasi dari rantai tersebut menurun, dan kemudian kapasitas panas spesifiknya menurun.
Hasil peleburan, rekristalisasi, dan peleburan ulang disajikan pada gambar 4. Kurva DSC total (kurva biru) hanya menunjukkan puncak EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik yang sangat besar (puncak 344,9 ° C), serta puncak EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas.eksotermik kecil (270 ° C (suhu puncak)). Informasi lebih lanjut dapat ditemukan setelah pemisahan kurva DSC total menjadi kurva DSC pembalikan (kurva hijau) dan kurva DSC non pembalikan (kurva merah). Terdapat puncak EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik yang luas (342,7°C (suhu puncak)) pada kurva DSC pembalikan, yang berisi peleburan kristal sekunder, peleburan kembali setelah rekristalisasi kristal sekunder, dan peleburan kristal primer [1]. Puncak EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik (346,6°C) pada kurva DSC yang tidak membalik menunjukkan peleburan sebagian kristal primer [1]. Selain itu, puncak EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas.eksotermik (puncak 329,2 ° C) pada kurva DSC non-reversing sesuai dengan rekristalisasi setelah peleburan kristal sekunder yang tidak sempurna [1]. Sinyal aliran panas dari efek EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik peleburan dan efek EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas.eksotermik rekristalisasi sebagian tumpang tindih, sehingga ada kemungkinan area setiap puncak lebih kecil daripada nilai sebenarnya.
Kesimpulan
Dengan menggunakan metode TM-DSC, dimungkinkan untuk memisahkan efek termal yang membalik dan tidak membalik. Untuk sampel PEEK, diperoleh lebih banyak informasi mengenai peleburan, KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi dan peleburan ulang.