Inleiding
PEEK is een technisch kunststofmateriaal dat wordt gekenmerkt als een aromatische thermoplast; de hoofdketen bevat een repeterende eenheid bestaande uit een ketonbinding en twee etherbindingen. Het heeft een hoge mechanische sterkte, is vlamvertragend, heeft goede elektrische eigenschappen en is goed bestand tegen hitte, schokken, zuur en base, hydrolyse, slijtage, vermoeidheid, bestraling, enz. Het kan worden gebruikt als constructiemateriaal dat bestand is tegen hoge temperaturen en als elektrisch isolatiemateriaal, maar ook als composietversterkend materiaal wanneer het wordt gecombineerd met glasvezel of koolstofvezel, wat brede toepassingen biedt in de ruimtevaart, medische apparatuur (als kunstmatig bot om botdefecten te repareren) en andere industriële gebieden.
PEEK vertoont het typische gedrag van semi-kristallijne polymeermaterialen; de Kristalliniteit / KristalliniteitsgraadKristalliniteit verwijst naar de mate van structurele orde van een vaste stof. In een kristal is de ordening van atomen of moleculen consistent en repetitief. Veel materialen zoals glaskeramiek en sommige polymeren kunnen zo worden bereid dat er een mengsel ontstaat van kristallijne en amorfe gebieden. kristalliniteit en kristalmorfologie worden sterk beïnvloed door de thermische geschiedenis tijdens de verwerking, die vervolgens van invloed is op de eigenschappen, zoals mechanische of optische eigenschappen. Daarom is het bestuderen van het KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie- en smeltproces van PEEK van groot praktisch belang.
Temperatuurgemoduleerde DSC (TM-DSC)
TM-DSC is een uitbreiding van de traditionele differentiële scanning calorimetrietechniek (DSC). Deze techniek legt een sinusvormige temperatuurgolf op de lineaire temperatuurhelling, wat een overeenkomstige oscillerende warmtestroomcurve van het monster oplevert. Deze oscillerende warmtestroomcurve wordt vervolgens gescheiden in twee extra curven: de omkerende en niet-omkerende warmtestroomcurven. Thermische effecten die verband houden met de verandering in de warmtecapaciteit van een materiaal liggen op de omkerende kromme; deze omvatten gewoonlijk de GlasovergangstemperatuurDe glasovergang is een van de belangrijkste eigenschappen van amorfe en semikristallijne materialen, zoals anorganisch glas, amorfe metalen, polymeren, farmaceutische producten en voedingsingrediënten, enz. en beschrijft het temperatuurgebied waar de mechanische eigenschappen van de materialen veranderen van hard en bros naar meer zacht, vervormbaar of rubberachtig.glasovergang, de Curie-overgang, FaseovergangenDe term faseovergang (of faseverandering) wordt meestal gebruikt om overgangen tussen de vaste, vloeibare en gasvormige toestand te beschrijven.faseovergangen van de tweede orde en de verandering in warmtecapaciteit voor en na reacties. Kinetische effecten bevinden zich op de niet-omkerende curve, waarvan de reactiesnelheid afhangt van de temperatuur en de omzettingssnelheid, maar niet van de verwarmingssnelheid; bijvoorbeeld koude KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie, kruisverkristallisatie, uithardingseffecten, enz. Voor polymeren wordt TM-DSC meestal gebruikt om de GlasovergangstemperatuurDe glasovergang is een van de belangrijkste eigenschappen van amorfe en semikristallijne materialen, zoals anorganisch glas, amorfe metalen, polymeren, farmaceutische producten en voedingsingrediënten, enz. en beschrijft het temperatuurgebied waar de mechanische eigenschappen van de materialen veranderen van hard en bros naar meer zacht, vervormbaar of rubberachtig.glasovergang te scheiden van gesuperponeerde thermische effecten zoals enthalpie relaxatie, cross-linking uitharding en vervluchtiging van oplosmiddelen.
Het toepassen van TM-DSC in smelt en KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie is complex en controversieel. Het is bewezen dat het smelteffect niet kan worden gescheiden als reversibele of niet-reversibele effecten alleen, en het scheidingsresultaat varieert met de testparameters; dit komt omdat Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten geen puur warmtecapaciteitseffect of kinetisch effect is. Dit komt omdat Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten geen puur warmtecapaciteitseffect of kinetisch effect is. Enkele verwante publicaties hebben echter aangetoond dat TM-DSC nog steeds nuttig is op dit onderzoeksgebied; op de niet-omkeerbare curve kan bijvoorbeeld vaak een extra exotherme piek worden waargenomen, die vaak wordt toegeschreven aan de herkristallisatie van een secundaire kristallijne fase. Deze secundaire kristallen Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten bij lagere temperaturen; vervolgens hechten de vrije polymeerketens zich aan het oppervlak van primaire kristalkorrels waar ze herkristalliseren en warmte afgeven.
Opmerking
Secundair kristal: meestal met small korrels, relatief onvolmaakte roosterstructuur, enigszins wanordelijke ordening van de molecuulketens en relatief lagere Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelttemperatuur
Primair kristal: meestal met dikkere platen, completere kristalstructuur, goed geordende molecuulketens en hogere Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelttemperatuur
In deze toepassingsnotitie werd TM-DSC gebruikt om de GlasovergangstemperatuurDe glasovergang is een van de belangrijkste eigenschappen van amorfe en semikristallijne materialen, zoals anorganisch glas, amorfe metalen, polymeren, farmaceutische producten en voedingsingrediënten, enz. en beschrijft het temperatuurgebied waar de mechanische eigenschappen van de materialen veranderen van hard en bros naar meer zacht, vervormbaar of rubberachtig.glasovergang, koude KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie en smelt-, herkristallisatie- en hersmeltprocessen van PEEK-filmmonsters te bestuderen.
Meetomstandigheden
Het monster was een PEEK-folie. De monstervoorbereiding (figuur 1) bestond uit het ponsen van een serie small schijven folie (ca. 5 mg) met een ponsapparaat, deze in een aluminium Concavus® kroes te plaatsen en de kroes te bedekken met een inschuifdeksel (het inschuifdeksel is een ingebouwd kroesdeksel dat stevig op de losse folie kan drukken om het thermische contact te verbeteren).
De testatmosfeer was N2 (50 ml/min) en TM-DSC werd gekozen als testmodus.
Meetresultaten
De thermische effecten van het monster omvatten twee fasen:
1e stadium: onder 210°C; GlasovergangstemperatuurDe glasovergang is een van de belangrijkste eigenschappen van amorfe en semikristallijne materialen, zoals anorganisch glas, amorfe metalen, polymeren, farmaceutische producten en voedingsingrediënten, enz. en beschrijft het temperatuurgebied waar de mechanische eigenschappen van de materialen veranderen van hard en bros naar meer zacht, vervormbaar of rubberachtig.glasovergang en koude KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie
2e fase: boven 210°C; Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten, herkristallisatie en hersmelten.
Voor de twee fasen werden verschillende modulatieparameters gebruikt om betere resultaten te verkrijgen:
Parameters in de1e fase: verwarming van 100°C tot 210°C met 2 K/min, periode 30 s, amplitude 0,5 K.
Parameters in de2e fase: verwarming van 210 °C tot 400 °C bij 2 K/min, periode 60 s, amplitude 0,32 K.
De ruwe TM-DSC signalen worden getoond in figuur 2.
De resultaten van de GlasovergangstemperatuurDe glasovergang is een van de belangrijkste eigenschappen van amorfe en semikristallijne materialen, zoals anorganisch glas, amorfe metalen, polymeren, farmaceutische producten en voedingsingrediënten, enz. en beschrijft het temperatuurgebied waar de mechanische eigenschappen van de materialen veranderen van hard en bros naar meer zacht, vervormbaar of rubberachtig.glasovergang en koude KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij. kristallisatie worden weergegeven in figuur 3. De relaxatiepiek (piek 143,4°C) en de koude kristallisatiepiek (piek 161,5°C) zijn te zien op de niet-omkerende DSC-curve (rode curve). De glasovergang (Tg 143,8°C (middelpunt)) is te zien op de omkerende DSC-curve (groene curve). Daarnaast laat de omkerende curve ook een lichte daling (0,043 J/g*K) zien in de Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.specifieke warmtecapaciteit tijdens koude KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij. kristallisatie.
Dit komt doordat meer molecuulketens gebonden zijn aan het kristallijne gebied na koude KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij. kristallisatie, waardoor de trillingsvrijheid van de ketens afneemt en de Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.specifieke warmtecapaciteit afneemt.
De resultaten van Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten, herkristallisatie en hersmelten worden weergegeven in figuur 4. De totale DSC-curve (blauwe curve) vertoont alleen een enorme endotherme piek (piek 344,9°C) en een kleine exotherme piek (270°C (piektemperatuur)). Meer informatie kan worden gevonden na scheiding van de totale DSC-curve in de omkerende DSC-curve (groene curve) en niet-omkerende DSC-curve (rode curve). Er is een brede endotherme piek (342,7 °C (piektemperatuur)) op de omkerende DSC-curve, die het smelten van de secundaire kristallen, het hersmelten na herkristallisatie van de secundaire kristallen en het smelten van de primaire kristallen bevat [1]. De endotherme piek (346,6 °C) op de niet-omkerende DSC-curve vertegenwoordigt het smelten van een deel van de primaire kristallen [1]. Bovendien komt de exotherme piek (piek 329,2 °C) op de niet-omkerende DSC-curve overeen met herkristallisatie na het smelten van de onvolmaakte secundaire kristallen [1]. De warmtestroomsignalen van het endotherme effect van smelten en het exotherme effect van herkristallisatie overlapten elkaar gedeeltelijk, dus het is mogelijk dat het gebied van elke piek kleiner is dan de werkelijke waarde.
Conclusie
Met de TM-DSC-methode was het mogelijk om de omkerende en niet-omkerende thermische effecten te scheiden. Voor het PEEK-monster werd meer informatie verkregen over smelten, KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij. kristallisatie en hersmelten.