Giriş
Sıcaklık modülasyonu, şekil 1'de gösterildiği gibi doğrusal sıcaklık rampasının sinüzoidal bir sıcaklık sinyaliyle üst üste bindirildiği bir yöntemdir:
T(t) = T0 + ßt + A - sin(ωt)
T0 başlangıç sıcaklığı
β temel ısıtma hızı
A sıcaklık salınımlarının genliği
ω radyal frekans
Sonuç olarak, DSC sinyali de sinüzoidaldir:
DSC(t) = DSC0 +ADSC - sin (ωt + φ)
DSC0 temel DSC sinyali
ADSC DSC salınımlarının genliği
φ sıcaklık ve DSC arasındaki faz kayması
Böyle bir ölçüm, Cam Geçiş SıcaklığıCamsı geçiş, inorganik camlar, amorf metaller, polimerler, farmasötikler ve gıda bileşenleri gibi amorf ve yarı kristal malzemelerin en önemli özelliklerinden biridir ve malzemelerin mekanik özelliklerinin sert ve kırılganlıktan daha yumuşak, deforme olabilir veya kauçuksu hale dönüştüğü sıcaklık bölgesini tanımlar.cam geçişi gibi sıcaklıkla salınan etkilerin (tersine dönen sinyal) kürlenme veya BuharlaşmaBir elementin veya bileşiğin buharlaşması, sıvı fazdan buhara bir faz geçişidir. İki tür buharlaşma vardır: buharlaşma ve kaynama.buharlaşma gibi zamana bağlı süreçlerden (tersine dönmeyen sinyal) ayrılmasını sağlar.
Isıtma hızı, genlik ve frekans (veya periyot) olmak üzere üç parametre kullanıcı tarafından ayarlanır. Tersine dönen ve dönmeyen sinyallerin matematiksel olarak ayrılması için, ısıtma hızı ve frekans, ayrılacak etkiler en az 5 salınım içerecek şekilde seçilmelidir. Bu, ısıtma hızı artırıldığında periyodun düşmesi gerektiği anlamına gelir.
Ancak fiziksel açıdan bazı sınırlamalar vardır, örneğin cihaz fırınının termal ataleti veya polimerler için oldukça small olan numunelerin termal iletkenliği. Isı akışlı DSC'ler hızlı salınımları takip etmekte her zaman zorlandığından, sıcaklık modülasyonlu ölçümler için ısıtma hızları birkaç K/dak ile sınırlıydı ... yani DSC 214'ün piyasaya sürülmesine kadar Polyma.
Cihazın ayırt edici özelliklerinden biri, 10 K/dak ısıtma hızında, yani geleneksel bir DSC ölçümü kadar hızlı, sıcaklık modülasyonlu ölçümlere olanak tanıyan düşük termal kütleye sahip bir fırın olan Arena®'dur.
Test Koşulları
İki bileşenli bir epoksi reçinenin kürlenmesi DSC 214 Polyma ile ölçülmüştür. Polimer 10 K/dak hızla dört kez ısıtılmıştır: ilk olarak 100°C'ye, ikinci kez 120°C'ye, ardından 140°C'ye ve son olarak 160°C'ye. Modülasyon parametreleri olarak 20 s periyotlu ve 0,5 K genlikli salınımlar kullanılmıştır. Isıtma çalışmaları arasında numune mümkün olduğunca hızlı bir şekilde 0°C'ye soğutuldu.
Test Sonuçları
Birinci ısıtmanın sonuçları şekil 2'de verilmiştir. Kırmızı çizgi toplam ısı akışını, yani geleneksel (modüle edilmemiş) bir DSC ölçümü sırasında tespit edilecek sinyali temsil etmektedir. 21°C'de (başlangıç sıcaklığı) başlayan EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik etki, EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik kürlenme piki tarafından kısmen üst üste bindirildiği için doğru bir şekilde değerlendirilememektedir.
Her iki etkinin de doğru bir şekilde değerlendirilmesi ancak sinyalin tersine dönen ve dönmeyen kısımlara ayrılmasıyla mümkündür. Beklendiği gibi, camsı geçiş tersine dönen ısı akışında (29°C'de) gerçekleşirken, kürlenme zirvesi tersine dönmeyen eğride tespit edilmiştir. Bu1. ısıtmanın sonunda, tersine çevrilmeyen ısı akışı taban çizgisine geri dönmediğinden kürlenme tamamlanmamıştır.
Hızlı soğutmanın ardından 120°C'ye yapılan2. ısıtmanın sonuçları Şekil 3'te gösterilmektedir. Burada, modülasyonlu ölçümün önemi1. ısıtmadan daha da büyüktür: 79°C'de (başlangıç sıcaklığı) başlayan EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik bir tepe, toplam ısı akışı sinyalinde bulunabilen tek şeydi. Bununla birlikte, tersine dönen ve dönmeyen ısı akışlarının analizi, bu etkinin aslında 80°C'de bir camsı geçiş ve 74°C'de, toplam ısı akışı sinyalinin değerlendirilmesinden 5°C daha erken başlayan bir kürlenme reaksiyonunun toplamı olduğunu açıkça göstermektedir. Tepe noktasının başlangıcı ile 79°C arasındaki kısmi alan entegrasyonu, modüle edilmemiş bir ölçümde eksik olabilecek %4'lük bir değer sağlar.
140°C'ye kadar yapılan 3. ısıtma sırasında (Şekil 4), tersinmeyen ısı akışında tespit edilen EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik pikte görülebileceği gibi epoksi reçine daha da sertleşmiştir. Bulunan EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik pik, hızlı soğumanın bir sonucu olarak numunedeki mekanik gerilimin gevşemesinden kaynaklanmaktadır. Camsı geçiş 102°C'de belirlenmiştir.
160°C'ye kadar yapılan 4. ısıtma (Şekil 5) tamamen kürlenmiş reçinenin özelliklerini gösterir: artık bir kürlenme piki tespit edilmez. 110°C'de bulunan camsı geçiş bir gevşeme piki ile örtüşmektedir.
Sonuç
DSC'de kürlenme davranışını belirlemek bazen gevşeme, camsı geçiş, kürlenme vb. gibi üst üste binen etkiler nedeniyle zordur.
Kürlenme davranışı hakkında ayrıntılı bir fikir edinmek için, üst üste binen etkileri ayırmak gerekir. Bu, sıcaklık modülasyonlu DSC aracılığıyla yapılabilir. Şimdiye kadar TM-DSC yöntemi çok zaman alıyordu, ancak DSC 214 Polyma ile standart DSC testleri kadar hızlı TM-DSC ölçümleri elde edilebilir.