Inleiding
Gedefinieerde verwarmings- en koelsnelheden zijn belangrijke parameters voor DSC-metingen. Internationale normen bevelen een verwarmingssnelheid van 10 K/min of 20 K/min aan (ISO 11357, DIN 53765, ASTM E793, ASTM E794) bij het streven naar thermodynamisch evenwicht. Het doel van kwaliteitscontrole en -borging bij de verwerking van polymeren is daarentegen om sneller zinvolle meetresultaten te verkrijgen door middel van hogere verwarmingssnelheden (bijv. 40 K/min). Het primaire doel is om een stroommeting op een afgekeurd onderdeel te vergelijken met een controleonderdeel.
Invloed van opwarm- en afkoelsnelheden aan de hand van het voorbeeld van PBT
Figuur 1 toont het smeltgedrag van polybutyleentereftalaat (PBT) bij toenemende verhitting. De metingen werden uitgevoerd met de DSC 204 F1 Phoenix® in een stikstofatmosfeer. De relatief hoge verhittingssnelheid van 40 K/min voor semi-kristallijn PBT toont niet langer het typische 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 van de ß-fase dat gezien wordt in kleinere kristallieten, maar alleen de belangrijkste smeltpiek (hier bij 228°C). Bij een poging tot materiaalidentificatie zou hier ten onrechte kunnen worden aangenomen dat het materiaal in kwestie polyamide (PA 6) is. De lagere verhittingssnelheid van 10 K/min toont de ß-fase al duidelijk gescheiden van de hoofdpiek bij 217 °C; dit is typisch voor PBT en komt niet voor bij PA6.
Gecontroleerd afkoelen van de smelt met de intracooler levert het kristallisatiegedrag van PBT op (figuur 2). Als de afkoelsnelheid toeneemt, verschuiven zowel het begin van de stolling (geëxtrapoleerd einde, kijkrichting van rechts naar links) als de kristallisatiepiektemperatuur naar lagere waarden (figuur 3). Als de afkoelsnelheid toeneemt, wordt de kristallisatiepiek niet alleen groter, maar breidt zich ook uit over een breder temperatuurbereik. Hoewel bij spuitgieten aanzienlijk hogere koelsnelheden worden gebruikt, geeft DSC belangrijke informatie over wanneer of bij welke temperatuur het onderdeel veilig en zonder gevaar voor vervorming uit het gereedschap kan worden gehaald.
Samenvatting
De operator voert plichtsgetrouw de temperatuurkalibratie uit bij hogere verwarmingssnelheden en registreert een verschuiving van de smeltpiektemperatuur bij hogere waarden, maar is dan vaak verbaasd dat de DSC-meting op het echte polymeermonster niet het gewenste resultaat oplevert. De hoge verwarmingssnelheid zorgt ervoor dat thermische eff ecten worden verplaatst; individuele pieken of smeltfasen kunnen niet langer betrouwbaar worden gescheiden. De koelsnelheid beïnvloedt ook het kristallisatiegedrag. Snelle afkoelsnelheden veroorzaken een vertraging in KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie, maar dienen voor het optimaliseren van productieprocessen.