Pendahuluan
Termoset adalah bahan yang mengeras secara permanen dalam kondisi tertentu, misalnya, ketika terkena sinar UV atau panas. Selama reaksi pengerasan ini, yang disebut curing, termoset bertransisi dari keadaan cair yang dapat mengalir menjadi bagian struktural dengan membentuk jaringan 3 dimensi.
Pengeringan menghasilkan perubahan besar dalam berat molekul, densitas, viskositas, serta sifat termal dan mekanik.
DSC adalah metode yang populer untuk menyelidiki reaksi 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 karena mudah digunakan dan hasilnya sangat dapat direproduksi. Selain itu, perangkat lunak cerdas memastikan evaluasi kurva otomatis, otonom, dan independen dari pengguna (lihat NETZSCH AutoEvaluation untuk penjelasan DSC, TGA, dan STA di Vimeo).
Hasil Pengukuran dan Pembahasan
Gambar 1 menunjukkan kurva tipikal termoset yang diukur selama proses pemanasan pertama dan kedua. Bahannya terdiri dari resin epoksi (berdasarkan bisphenol A) dan pengeras (campuran dua resin). Kedua komponen tersebut dicampur dengan rasio 1000:300 (w/w) dan ditimbang ke dalam wadah aluminium (tipeConcavus ). Wadah ditutup dengan tutup yang dilubangi dan dimasukkan ke dalam sel DSC.
Pada pemanasanpertama (hijau), langkah endotermal yang terdeteksi pada -34°C menunjukkan transisi gelas dari polimer yang tidak diawetkan. Puncak EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal pada 110°C (suhu puncak) berasal dari reaksi 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. Hal ini terkait dengan entalpi 418 J/g.
Pada pemanasanke-2, tidak ada puncak EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal yang terdeteksi lagi. Ini berarti bahwa bahan tersebut telah terikat silang sepenuhnya sebelum pemanasan kedua. Suhu transisi kaca terdeteksi pada 105°C (titik tengah).
Hal ini menunjukkan pengaruh besar dari proses curing terhadap temperatur transisi gelas material, dalam hal ini menyebabkan peningkatan lebih dari 130°C.
Apakah Reaksi Berhenti saat Diproses pada Suhu Isotermal? Vitrifikasi Terjadi!
Ketergantungan transisi kaca pada 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 ini sangat penting ketika bekerja pada tingkat pemanasan yang sangat rendah atau suhu IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal karena suhu transisi kaca dapat meningkat lebih cepat daripada suhu material yang diprogram. Segera setelah transisi gelas lebih tinggi dari suhu material, vitrifikasi diamati, yang berarti bahwa material masuk ke dalam kondisi seperti kaca. Laju reaksi melambat dengan sangat kuat; 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 bahkan dapat berhenti sama sekali. Hal ini memiliki konsekuensi yang krusial bagi performa produk akhir karena sifat akhir bergantung pada tingkat pengawetan.
Dalam penelitian ini, vitrifikasi selama pengawetan resin epoksi 2 komponen diselidiki dengan menggunakan DSC termodulasi suhu (TM-DSC).
TM-DSC (DSC Termodulasi Suhu): Pemisahan Puncak Pengeringan Eksotermal dari Langkah Transisi Kaca Endotermal
Transisi kaca dan puncak EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal mungkin tumpang-tindih. Kedua efek tersebut dapat dipisahkan dengan DSC termodulasi suhu. Teknik ini melibatkan penerapan sinyal suhu sinusoidal yang ditumpangkan pada tanjakan laju pemanasan yang ditentukan. Hasilnya, efek yang terkait dengan perubahan panas spesifik ("pembalikan"; misalnya, transisi kaca) dipisahkan dari efek lainnya ("tidak membalikkan"; misalnya, curing peak). Jika perangkat dikalibrasi dengan panas spesifik (misalnya, dengan safir), kurva pembalikan sesuai dengan panas spesifik bahan yang diukur.
Gambar 2 menggambarkan kurva panas spesifik yang diukur selama pengawetan pada 0,1 K/menit dengan menggunakan DSC yang dimodulasi suhu. Transisi kaca dari sistem yang tidak diawetkan terdeteksi pada suhu -36°C. Sedikit peningkatan panas spesifik antara 25°C dan 45°C (suhu rata-rata pada 35°C) dihasilkan dari transisi gelas dari bahan yang diawetkan sebagian.
Setelah itu, vitrifikasi terjadi, terkait dengan langkah EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal dalam 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 pada suhu 58°C. Kemudian, resin berada dalam kondisi seperti kaca. Karena vitrifikasi adalah fenomena yang dapat dibalik, pemanasan lebih lanjut menghasilkan transisi ke keadaan kenyal lagi. Hal ini ditunjukkan oleh langkah endotermal pada suhu 112°C.
Percobaan yang sama dilakukan dengan menggunakan laju pemanasan yang berbeda. Kurva yang dihasilkan digambarkan dalam gambar 3. Semakin tinggi laju pemanasan, semakin tinggi suhu vitrifikasi, dan semakin kecil efek vitrifikasi. Pada 2 K/menit, tidak ada vitrifikasi yang terjadi. Pada laju pemanasan ini, suhu material meningkat lebih cepat daripada suhu transisi kaca.
Kesimpulan
Vitrifikasi terjadi ketika suhu transisi gelas dari termoset yang diawetkan sebagian naik dan mencapai atau melebihi suhu pengawetan yang sebenarnya. Ketika kerapatan ikatan silang meningkat selama reaksi, mobilitas rantai menjadi semakin terbatas dan sistem dapat memasuki keadaan seperti kaca meskipun suhu pemrosesan tetap konstan. Situasi ini paling sering dijumpai pada laju pemanasan rendah, selama pengawetan IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal di bawah Tg akhir, atau dalam sistem yang sangat terisi dengan mobilitas molekul yang berkurang. Setelah vitrifikasi, reaksi menjadi dikendalikan oleh difusi dan laju reaksi menurun tajam; tergantung pada kondisi pemrosesan, reaksi bahkan dapat terhenti sama sekali.
Hal ini memiliki implikasi langsung terhadap jadwal pengawetan industri. Jika vitrifikasi terjadi terlalu dini, material dapat mengeras sebelum mencapai tingkat penyembuhan yang diinginkan, menghasilkan suhu transisi kaca akhir yang lebih rendah dan kinerja mekanik dan termal yang lebih rendah. Sifat yang terpengaruh dapat mencakup kekakuan, ketahanan kimia, perilaku mulur, dan stabilitas dimensi. Karena vitrifikasi dapat dibalik, pemanasan lebih lanjut dapat menyebabkan devitrifikasi dan memulai kembali reaksi pengawetan. Untuk alasan ini, siklus pengawetan multi-tahap sering digunakan: langkah suhu rendah untuk mencapai gelasi, diikuti dengan pengawetan pasca suhu yang lebih tinggi untuk menyelesaikan pengikatan silang di atas Tg yang sedang berkembang.
TM-DSC menyediakan akses langsung ke efek ini dengan memvisualisasikan secara jelas vitrifikasi, devitrifikasi, dan entalpi reaksi yang tersisa, memungkinkan pengoptimalan jadwal pengawetan dan memastikan bahwa komponen akhir mencapai kinerja yang ditargetkan.
Vitrifikasi juga dapat dikarakterisasi dengan analisis dielektrik (DEA) dan analisis laser-flash (LFA). Informasi lebih lanjut tentang topik ini dapat ditemukan di https://doi.org/10.1002/app.57077.