Pendahuluan
Dalam keadaan cair, rantai polimer dari polimer semi-kristal berada dalam keadaan tidak teratur. Selama pendinginan, sebagian di antaranya akan tersusun ulang untuk membentuk daerah yang teratur dan mengkristal. Selain fase kristal ini, polimer semikristal juga mengandung fase amorf tanpa struktur molekul yang teratur (lihat gambar 1). Pendinginan tidak menyebabkan KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi fase ini, tetapi transisi dari keadaan lunak ke keadaan rapuh yang keras. Transisi ini disebut transisi gelas.
Metode yang berbeda dapat mengkarakterisasi KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi dan transisi gelas polimer, memberikan berbagai informasi berharga.
Metode yang umum digunakan untuk menganalisis transisi termal adalah Differential Scanning Calorimetry (DSC). Metode ini memberikan informasi tentang transisi gelas, transformasi fase seperti KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi/peleburan atau Transisi FaseIstilah transisi fase (atau perubahan fase) paling sering digunakan untuk menggambarkan transisi antara keadaan padat, cair dan gas.transisi fase padat-padat dan derajat 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, dll. Kemudahan penggunaan dan kemampuannya untuk mengotomatisasi langkah-langkah pengukuran telah menjadikannya teknik yang populer dan banyak digunakan.
KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.Kristalisasi dan transisi gelas memiliki pengaruh yang signifikan terhadap sifat mekanik suatu produk. Metode lain untuk menentukan parameter ini adalah reologi. Pengukuran menggunakan rotational rheometer memberikan informasi tentang perubahan reologi yang terjadi saat polimer semi-kristal mendingin dari lelehan ke dalam kondisi seperti kaca. Berikut ini, perilaku pendinginan polieter eter keton (PEEK) (lihat struktur kimia pada gambar 2) ditentukan dengan menggunakan DSC 303 Caliris® dan reometer rotasi Kinexus.
Parameter Pengukuran
Sampel PEEK dipanaskan hingga di atas suhu lelehnya. Setelah fase IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal, polimer didinginkan dengan laju pendinginan yang terkontrol. Laju pendinginan standar dari masing-masing metode digunakan, yaitu 10 K/menit untuk DSC 300 Caliris® dan 2 K/menit untuk rheometer rotasi Kinexus. Tabel 1 merangkum kondisi pengukuran.
Tabel 1: Parameter pengukuran
| Instrumen | DSC 300 Caliris® | Kinexus HTC Prime |
| Wadah | Concavus® (aluminium) | - |
| Massa sampel | 9.80 mg | - |
| Program suhu | 370° hingga 30°C | 400°C hingga 40°C |
| Laju pendinginan | 10 K/menit | 2 K/menit |
| Atmosfer | Nitrogen (40 ml/menit) | Nitrogen (1 ml/menit) |
| Geometri | - | PP8 (pelat-pelat, diameter: 8 mm) |
| Celah | - | 1 mm |
| Regangan geser | - | Dalam rentang linier-viskoelastik (Wilayah Viskoelastik Linier (LVER)Pada LVER, tegangan yang diberikan tidak cukup untuk menyebabkan kerusakan struktural (yielding) pada struktur dan oleh karena itu, sifat-sifat mikro-struktural yang penting diukur.LVER) |
| Frekuensi | - | 1 Hz |
DSC 300 Caliris®: Perilaku Kristalisasi
Gambar 3 menampilkan kurva yang dihasilkan dari pengukuran DSC yang dilakukan pada PEEK. Puncak EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal yang dimulai pada suhu 305°C (suhu akhir) disebabkan oleh KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi PEEK. Langkah dalam kurva DSC dengan titik tengah pada 146°C adalah transisi gelas.
Rheometer Rotasi Kinexus: Kekakuan
Gambar 4 dan 5 menggambarkan kurva tipikal yang dihasilkan dari sapuan suhu yang dilakukan pada PEEK.
Keadaan Meleleh
Asalkan tidak ada reaksi yang terjadi, viskositas geser kompleks (gambar 4) meningkat dengan penurunan suhu. Ini adalah pengaruh suhu yang diharapkan pada kekakuan tanpa adanya proses fisik atau kimiawi, karena mobilitas rantai polimer meningkat selama pemanasan.
Kondisi leleh juga ditandai oleh dominasi G" atas G´ (gambar 5). Dengan kata lain, pada suhu ini, sifat "seperti cairan" memiliki pengaruh lebih besar pada perilaku deformasi PEEK daripada sifat "seperti padatan". Polimer mengalir untuk skala waktu dari frekuensi yang diterapkan, meskipun masih memiliki sifat elastis yang kuat (nilai sudut fasa lebih dekat ke nilai 45° daripada 90°).
Pada suhu 325°C, kemiringan kurva viskositas geser kompleks berubah (Gambar 4). Viskositas geser kompleks meningkat dari 7,7E+03 Pa∙s pada suhu 325°C menjadi 9,0E+06 Pa∙s pada suhu 295°C, meningkat lebih dari 3 dekade hanya dalam suhu 30°C! Peningkatan yang signifikan ini merupakan hal yang biasa terjadi pada KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi polimer kristal atau semi-kristal.
Proses ini juga sangat memengaruhi modulus geser elastis (G') dan viskos (G") (gambar 5). Kedua kurva meningkat dan menunjukkan persilangan pada suhu 308°C. Antara KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi dan transisi gelas, fase amorf berada di dataran tinggi kenyal. Rantai polimer yang termasuk dalam fase amorf masih bebas bergerak, sedangkan fase kristal memberikan struktur pada produk.
Semakin tinggi derajat 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, semakin tinggi nilai modulus geser elastis. Sudut fasa berada pada 2° hingga 3°, sehingga polimer sekarang mendekati padatan elastis yang sempurna.
Transisi Kaca
Transisi kaca tercapai selama pendinginan lebih lanjut. Kekakuan terus meningkat tetapi tidak sesignifikan selama KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi (3,0E+07 Pa∙s pada 200°C hingga 1,6E+08 Pa∙s pada 140°C, gambar 4).
Meskipun suhu transisi gelas biasanya dievaluasi dengan menggunakan suhu puncak, yang khas untuk kurva G" dan δ (gambar 5), pendinginan selama transisi gelas juga terkait dengan peningkatan kurva G'. Pada suhu yang lebih rendah dari suhu transisi gelas, sudut fasa menurun lagi dan mendekati 0. Polimer berada dalam kondisi seperti gelas dan kaku.
Kesimpulan
Contoh aplikasi ini menunjukkan bagaimana DSC dan reologi rotasi saling melengkapi. Kedua metode ini memberikan informasi yang berbeda yang menggambarkan KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi dan transisi gelas polimer semi-kristal, sehingga memberikan wawasan yang komprehensif tentang perilaku material selama pemanasan dan pendinginan. Efek khas yang terdeteksi dirangkum dalam Tabel 2a dan 2b.
Tabel 2a: Efek tipikal yang diukur selama KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi dan transisi gelas polimer semi-kristal dengan menggunakan DSC 300 Caliris®
1 sesuai dengan DIN ISO 11357-5: 2014
2 sesuai dengan DIN ISO 11357-2: 2014
Tabel 2b: Efek tipikal yang diukur selama kristalisasi dan transisi gelas polimer semi-kristal dengan menggunakan rheometer rotasi Kinexus
| Kurva yang diukur | Viskositas geser kompleks | Modulus geser elastis G' | Modulus geser kental G" | Sudut fase δ |
|---|---|---|---|---|
Sebelum kristalisasi (keadaan leleh) | Ketergantungan suhu terhadap kekakuan dalam keadaan cair Tidak berpengaruh | G' < G" Sifat "seperti cairan" mendominasi, polimer mengalir | >45°: Semakin rendah nilainya, semakin elastis polimer cair tersebut. | |
| Proses kristalisasi | Peningkatan yang kuat (lebih dari 3 kali lipat karena Tg). Awal/akhir kristalisasi | Meningkat | Penurunan dari δ > 45° ke δ < 45° | |
| Suhu kristalisasi | Titik tengah | Persilangan G'/G" | δ = 45° | |
| Antara Tc dan Tg; dataran tinggi kenyal | Ketergantungan suhu terhadap kekakuan pada dataran tinggi kenyal. Tidak berpengaruh. | G' > G" Sifat "seperti padatan" mendominasi, fase kristal memberikan struktur pada polimer, tidak ada aliran. | δ < 45° Semakin rendah δ, semakin kaku sampelnya | |
| Transisi kaca | Meningkat | Meningkat | Puncak Suhu 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 | Puncak Suhu 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 |
| Setelah Tg: Keadaan padat | Ketergantungan suhu dari kekakuan dalam keadaan padat | - | - | Nilai minimum δ |