Inledning
Definierade värme- och kylhastigheter är viktiga parametrar för DSC-mätningar. Internationella standarder rekommenderar en uppvärmningshastighet på 10 K/min eller 20 K/min (ISO 11357, DIN 53765, ASTM E793, ASTM E794) när man strävar efter termodynamisk jämvikt. Däremot är målet för kvalitetskontroll och kvalitetssäkring vid polymerbearbetning att få meningsfulla mätresultat snabbare med hjälp av högre uppvärmningshastigheter (t.ex. 40 K/min). Det primära målet är att jämföra en aktuell mätning på en underkänd del med en kontrolldel.
Inverkan av uppvärmnings- och kylningshastigheter med hjälp av exempel på PBT
Figur 1 visar smältbeteendet hos polybutylentereftalat (PBT) vid en ökande uppvärmningshastighet. Mätningarna utfördes med DSC 204 F1 Phoenix® i en kväveatmosfär. Den relativt höga uppvärmningshastigheten på 40 K/min för halvkristallin PBT visar inte längre den typiska smältningen av ß-fasen som ses i mindre kristalliter, utan snarare bara den huvudsakliga smälttoppen (här vid 228°C). Vid försök till materialidentifiering skulle man här felaktigt kunna anta att det rör sig om polyamid (PA 6). Redan vid den lägre uppvärmningshastigheten på 10 K/min syns ß-fasen tydligt separerad från huvudtoppen vid 217°C; detta är typiskt för PBT och förekommer inte för PA6.
Kontrollerad kylning från smältan som utförs med intracoolern ger kristallisationsbeteendet hos PBT (figur 2). När kylningshastigheten ökar förskjuts både början av stelningen (extrapolerad ände, betraktningsriktning från höger till vänster) och kristallisationstopptemperaturen till lägre värden (figur 3). När kylningshastigheten ökar blir kristallisationstoppen inte bara större utan sträcker sig också över ett bredare temperaturområde. Även om betydligt högre kylhastigheter används vid formsprutning, ger DSC viktig information om när eller vid vilken temperatur detaljen kan avformas från verktyget på ett säkert sätt och utan risk för distorsion.
Sammanfattning
Operatören utför plikttroget temperaturkalibrering vid högre uppvärmningshastigheter och registrerar en förskjutning av smälttoppens temperatur vid högre värden, men blir sedan ofta förvånad över att DSC-mätningen på det verkliga polymerprovet inte ger önskat resultat. Den höga uppvärmningshastigheten gör att termiska effekter förskjuts; enskilda toppar eller smältfaser kan inte längre separeras på ett tillförlitligt sätt. Kylhastigheten påverkar också kristallisationsbeteendet. Snabba kylhastigheter orsakar en fördröjning av kristalliseringen, men tjänar till att optimera produktionsprocesser.