Введение
Определенные скорости нагрева и охлаждения являются важными параметрами для измерений ДСК. Международные стандарты рекомендуют скорость нагрева 10 К/мин или 20 К/мин (ISO 11357, DIN 53765, ASTM E793, ASTM E794) при стремлении к термодинамическому равновесию. В отличие от этого, задача контроля и обеспечения качества при переработке полимеров заключается в более быстром получении значимых результатов измерений за счет более высоких скоростей нагрева (например, 40 К/мин). Основная цель - сравнить результаты измерения тока на забракованной детали с контрольной деталью.
Влияние скоростей нагрева и охлаждения на примере ПБТ
На рис. 1 показано поведение полибутилентерефталата (ПБТ) при плавлении с увеличением скорости нагрева. Измерения проводились на приборе DSC 204 F1 Phoenix® в атмосфере азота. При относительно высокой скорости нагрева 40 К/мин для полукристаллического ПБТ уже не наблюдается типичного плавления ß-фазы, наблюдаемого в smaller кристаллитах, а только основной пик плавления (здесь при 228°C). Если попытаться идентифицировать материал, то можно ошибочно предположить, что речь идет о полиамиде (PA 6). При более низкой скорости нагрева 10 К/мин ß-фаза уже четко отделяется от основного пика при 217°C; это характерно для ПБТ и не встречается для ПА6.
Контролируемое охлаждение из расплава, осуществляемое с помощью интрахолодильника, позволяет наблюдать поведение кристаллизации ПБТ (рис. 2). С увеличением скорости охлаждения как начало затвердевания (экстраполированный конец, направление просмотра справа налево), так и температура пика кристаллизации смещаются к более низким значениям (рис. 3). С увеличением скорости охлаждения пик кристаллизации не только становится larger, но и распространяется на более широкий диапазон температур. Хотя при литье под давлением используются значительно более высокие скорости охлаждения, ДСК дает важную информацию о том, когда или при какой температуре деталь может быть извлечена из инструмента безопасно и без риска деформации.
Резюме
Оператор послушно проводит температурную каlibraтировку при более высоких скоростях нагрева и регистрирует смещение температуры пика плавления при более высоких значениях, но затем часто удивляется, что измерение ДСК на реальном образце полимера не дает желаемого результата. Высокая скорость нагрева приводит к смещению тепловых эффектов; отдельные пики или фазы плавления уже невозможно надежно разделить. Скорость охлаждения также влияет на поведение кристаллизации. Быстрая скорость охлаждения приводит к задержке кристаллизации, но служит для оптимизации производственных процессов.