Giriş
PEEK, aromatik termoplastik olarak karakterize edilen bir mühendislik plastiği malzemesidir; ana zinciri bir keton bağı ve iki eter bağından oluşan tekrar eden bir birim içerir. Yüksek mekanik mukavemete sahiptir, alev geciktiricidir ve iyi elektriksel özelliklerin yanı sıra ısıya, darbeye, asit ve alkaliye, hidrolize, aşınmaya, yorulmaya, ışınlamaya vb. karşı iyi bir dirence sahiptir. Yüksek sıcaklığa dayanıklı yapısal malzeme ve elektrik yalıtım malzemesi olarak kullanılabileceği gibi, cam elyaf veya karbon elyaf ile birleştirildiğinde kompozit takviye malzemesi olarak da kullanılabilir ve havacılık, tıbbi cihaz (kemik kusurlarını onarmak için yapay kemik olarak) ve diğer endüstriyel alanlarda geniş uygulamalar sunar.
PEEK, yarı kristal polimer malzemelerin tipik davranışını gösterir; kristalliği ve kristal morfolojisi, işleme sırasındaki termal geçmişten büyük ölçüde etkilenir ve bu da mekanik veya optik özellikler gibi özelliklerini etkiler. Bu nedenle, PEEK'in KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme ve Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime sürecinin incelenmesi büyük pratik öneme sahiptir.
Sıcaklık Modülasyonlu DSC (TM-DSC)
TM-DSC, geleneksel diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) tekniğinin bir uzantısıdır. Bu teknik, doğrusal sıcaklık rampası üzerine sinüzoidal bir sıcaklık dalgası ekler ve bu da numunenin karşılık gelen salınımlı bir ısı akışı eğrisini verir. Bu salınımlı ısı-akış eğrisi daha sonra iki ekstra eğriye ayrılır: tersine dönen ve dönmeyen ısı-akış eğrileri. Bir malzemenin ısı kapasitesindeki değişimle ilgili termal etkiler tersine dönen eğri üzerindedir; bunlar tipik olarak camsı geçişi, Curie geçişini, ikinci dereceden faz geçişlerini ve reaksiyonlardan önce ve sonra ısı kapasitesindeki değişimi içerir. Kinetik etkiler, reaksiyon hızı sıcaklığa ve dönüşüm hızına bağlı olan, ancak ısıtma hızına bağlı olmayan tersine dönmeyen eğri üzerinde olacaktır; örneğin, soğuk KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme, çapraz KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme, Kürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı ve üç boyutlu ağlar oluşturduğu reaksiyonlar için kullanılır. kürleme etkileri vb. Polimerler için TM-DSC genellikle camsı geçişi entalpi gevşemesi, çapraz bağlanma kürlenmesi ve çözücü buharlaşması gibi üst üste binen termal etkilerle ayırmak için kullanılır; daha sonra daha doğru bir camsı geçiş sıcaklığı elde edilebilir.
TM-DSC'nin Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime ve kristalleşmeye uygulanması karmaşık ve tartışmalıdır. Erime etkisinin tek başına tersinir veya tersinmez etkiler olarak ayrılamayacağı ve ayırma sonucunun test parametrelerine göre değiştiği kanıtlanmıştır; bunun nedeni erimenin saf bir ısı kapasitesi etkisi veya kinetik etki olmamasıdır. Bununla birlikte, bazı ilgili yayınlar TM-DSC'nin bu araştırma alanında hala yararlı olduğunu kanıtlamıştır; örneğin, tersinmez eğride, sıklıkla ikincil bir kristal fazın yeniden kristalleşmesine atfedilen ekstra bir EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir. ekzotermal pik gözlemlenebilir. Bu ikincil kristaller daha düşük sıcaklıklarda erir; daha sonra serbest polimer zincirleri, yeniden kristalleştikleri ve ısı açığa çıkardıkları birincil kristal tanelerinin yüzeyine yapışır.
Not
İkincil kristal: genellikle small taneler, nispeten kusurlu kafes yapısı, biraz düzensiz moleküler zincir düzenlemesi ve nispeten daha düşük Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime sıcaklığı ile
Birincil kristal: genellikle daha kalın plakalara, daha eksiksiz kristal yapıya, iyi düzenlenmiş moleküler zincirlere ve daha yüksek Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime sıcaklığına sahiptir
Bu Uygulama Notunda, PEEK film numunelerinin cam geçişi, soğuk KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme ve Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime, yeniden KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme ve yeniden Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime süreçlerini incelemek için TM-DSC kullanılmıştır.
Ölçüm Koşulları
Örnek bir PEEK filmiydi. Numune hazırlama (şekil 1), bir delme cihazı kullanarak bir dizi small film diskinin (yaklaşık 5 mg) delinmesi, bunların bir alüminyum Concavus® krozeye yerleştirilmesi ve krozenin bir sürgülü kapakla kapatılmasından oluşuyordu (sürgülü kapak, termal teması iyileştirmek için gevşek filme sıkıca bastırabilen gömülü bir kroze kapağıdır).
Test atmosferi N2 (50 ml/dak) ve test modu olarak TM-DSC seçilmiştir.
Ölçüm Sonuçları
Numunenin termal etkileri iki aşamadan oluşmuştur:
1. aşama: 210°C'nin altında; camsı geçiş ve soğuk KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar. kristalleşme
2. aşama: 210°C'nin üzerinde; eritme, yeniden kristalleştirme ve yeniden eritme
Daha iyi sonuçlar elde etmek için iki aşamada farklı modülasyon parametreleri kullanılmıştır:
1. aşamadaki parametreler: 2 K/dak'da 100°C'den 210°C'ye ısıtma, 30 s periyot, 0,5 K genlik.
2. aşamadaki parametreler: 210°C'den 400°C'ye 2 K/dak'da ısıtma, periyot 60 sn, genlik 0,32 K.
Ham TM-DSC sinyalleri şekil 2'de gösterilmiştir.
Camsı geçiş ve soğuk KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar. kristalleşme sonuçları Şekil 3'te sunulmuştur. Gevşeme piki (pik 143,4°C) ve soğuk KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar. kristalleşme piki (pik 161,5°C) ters çevrilmeyen DSC eğrisinde (kırmızı eğri) gösterilmektedir. Camsı geçiş (Tg 143,8°C (orta nokta)) ters DSC eğrisinde (yeşil eğri) görülebilir. Bunun yanı sıra, tersine dönen eğri soğuk KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar. kristalleşme sırasında özgül ısı kapasitesinde hafif bir düşüş (0,043 J/g*K) de göstermektedir.
Bunun nedeni, soğuk kristalleşmeden sonra daha fazla moleküler zincirin kristal bölgeye bağlanması, dolayısıyla zincirlerin TitreşimMekanik bir salınım sürecine titreşim denir. Titreşim, bir denge noktası etrafında salınımların meydana geldiği mekanik bir olgudur. Birçok durumda titreşim istenmeyen bir durumdur, enerjiyi boşa harcar ve istenmeyen sesler yaratır. Örneğin, motorların, elektrik motorlarının veya çalışan herhangi bir mekanik cihazın titreşim hareketleri tipik olarak istenmeyen hareketlerdir. Bu tür titreşimlere dönen parçalardaki dengesizlikler, eşit olmayan sürtünme veya dişli dişlerinin birbirine geçmesi neden olabilir. Dikkatli tasarımlar genellikle istenmeyen titreşimleri en aza indirir.titreşim özgürlüğünün azalması ve ardından özgül ısı kapasitesinin düşmesidir.
Erime, yeniden KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme ve yeniden Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime sonuçları Şekil 4'te sunulmuştur. Toplam DSC eğrisi (mavi eğri) sadece büyük bir EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik pik (pik 344,9°C) ve küçük bir EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik pik (270°C (pik sıcaklık)) göstermektedir. Toplam DSC eğrisi ters DSC eğrisi (yeşil eğri) ve ters DSC olmayan eğri (kırmızı eğri) olarak ayrıldıktan sonra daha fazla bilgi bulunabilir. Ters DSC eğrisinde ikincil kristallerin erimesini, ikincil kristallerin yeniden kristalleşmesinden sonra yeniden erimesini ve birincil kristallerin erimesini içeren geniş bir EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik tepe (342,7°C (tepe sıcaklığı)) vardır [1]. Geri dönüşsüz DSC eğrisindeki EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik tepe (346,6°C) birincil kristallerin bir kısmının erimesini temsil eder [1]. Buna ek olarak, tersine çevrilmeyen DSC eğrisindeki EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik pik (pik 329,2°C) kusurlu ikincil kristallerin erimesinden sonra yeniden kristalleşmeye karşılık gelir [1]. Erimenin EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik etkisi ve yeniden kristalleşmenin EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik etkisinin ısı akışı sinyalleri kısmen örtüşmüştür, bu nedenle her bir pikin alanının gerçek değerden daha küçük olması mümkündür.
Sonuç
TM-DSC yöntemini kullanarak, tersine çeviren ve tersine çevirmeyen termal etkileri ayırmak mümkün olmuştur. PEEK numunesi için Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime, KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme ve yeniden Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime hakkında daha fazla bilgi elde edilmiştir.