การกำหนดอิทธิพลความร้อนต่อพลาสติกและการเคลือบโดยใช้โหมดการวัดแบบไดนามิก

Specific knowledge about the properties of plastics under different thermal conditions is essential.

คุณสมบัติของพลาสติกและสารเคลือบจะแตกต่างกันอย่างมากภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น พลาสติกมีความเปราะและยืดหยุ่นน้อยกว่าในสภาพแวดล้อมที่หนาวเย็น ในขณะที่เมื่อถูกความร้อน พลาสติกจะมีความเหนียวและยืดหยุ่นมากขึ้น อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดในการพิจารณาคุณสมบัติของวัสดุพอลิเมอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับความเสถียรของมิติภายใต้อิทธิพลของความร้อน

ความสำคัญของการรู้อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วของพลาสติก

โดยทั่วไป อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว Tg หมายถึงอุณหภูมิที่พลาสติกอสัณฐานหรือกึ่งผลึกเปลี่ยนจากสถานะที่มีความหนืดสูง หนืด หรือเป็นยางเป็นสถานะแข็งยืดหยุ่นหรือเป็นแก้ว เกี่ยวกับพฤติกรรมของวัสดุที่ต้องการ วัสดุจะถูกใช้ไม่ว่าจะสูงหรือต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว

ความรู้ที่แม่นยำเกี่ยวกับ Tg ในการจำแนกลักษณะเฉพาะของพลาสติกเป็นสิ่งจำเป็น – แม้กระทั่งเพื่อความอยู่รอด ตัวอย่างเช่น สาเหตุของการเกิดอุบัติเหตุของกระสวยอวกาศชาเลนเจอร์ในปี 1986 ได้มีการระบุซีลโอริงที่ชำรุด อุณหภูมิที่เย็นในเวลากลางคืนทำให้มีความยืดหยุ่นและเปราะไม่เพียงพอ ซีลยางทำงานภายใต้ค่า Tg ของมัน ไม่มีการให้ฟังก์ชั่นการซีลอีกต่อไป และเชื้อเพลิงรั่วไหลออกมา

การใช้การวิเคราะห์เชิงความร้อนเชิงกลแบบไดนามิกสำหรับการตรวจวัดอุณหภูมิแก้ว

การวิเคราะห์เชิงความร้อนเชิงกลแบบไดนามิกถือเป็นวิธีการกำหนดคุณลักษณะที่สำคัญในด้านการวิเคราะห์เชิงความร้อน ด้วยการใช้แรงสั่นกับตัวอย่าง สมบัติของความหนืดและค่าโมดูลัสยืดหยุ่นจะถูกกำหนดเป็นฟังก์ชันของความถี่และอุณหภูมิ การเปลี่ยนเฟสระหว่างสัญญาณกระตุ้นและสัญญาณตอบสนองให้ข้อมูลว่าวัสดุมีพฤติกรรมหนืดหรือยืดหยุ่นมากขึ้น

กราฟิกแสดงวิธีการใช้พารามิเตอร์ความยืดหยุ่นเพื่อกำหนดการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วในตัวอย่างสี โมดูลัสความยืดหยุ่นประกอบด้วยโมดูลัสการจัดเก็บ E' เป็นส่วนจริงและโมดูลัสการสูญเสีย E'' เป็นส่วนจินตภาพ โมดูลัสการจัดเก็บอธิบายพลังงานกลที่ระบบสามารถจัดเก็บได้ ในขณะที่โมดูลัสการสูญเสียกำหนดการวัดพลังงานที่วัสดุกระจายไป ในตัวอย่าง ที่อุณหภูมิสูงถึงประมาณ 45 °C โมดูลัสการสูญเสียต่ำมาก ตัวอย่างสีจะทำปฏิกิริยาเหมือนของแข็ง และงานเปลี่ยนรูปจะถูกเก็บไว้เกือบหมดในระหว่างกระบวนการบรรจุ สูงกว่า 50 °C โมดูลัสการสูญเสียจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ตัวอย่างสีสูญเสียคุณสมบัติความยืดหยุ่น และพลังงานกลที่นำมาใช้จะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนเป็นหลัก ในขณะเดียวกัน โมดูลัสการจัดเก็บก็ลดลง การเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วถึงค่าสูงสุดของโมดูลัสการสูญเสียหรือจุดเปลี่ยนผันของโมดูลัสการจัดเก็บ

The elasticity modulus is composed of storage and loss modulus. The glass transition is reached at the maximum of the loss modulus or the storage modulus‘s inflection point.

ขั้นตอนการให้ความร้อนสำหรับระบบนาโนเยื้องของฟิสเชอร์เพื่อให้เกิดการวิเคราะห์ความร้อนเชิงกลแบบไดนามิก

ด้วยขั้นตอนการให้ความร้อน SHS200 สำหรับระบบการเยื้องนาโน FISCHERSCOPE® HM2000 และ PIODENTOR® HM500 ฟิสเชอร์นำเสนออุปกรณ์เสริมที่เหมาะสมสำหรับการพิจารณาความแข็งและคุณสมบัติยืดหยุ่นของสารเคลือบและพลาสติกที่อุณหภูมิสูงถึง 200 ºC การใช้โหมดไดนามิกเป็นคุณสมบัติเพิ่มเติมของซอฟต์แวร์ WIN-HCU อันทรงพลัง ทำให้สามารถจำแนกวัสดุได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น และสามารถทดสอบหรือกำหนดอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วเฉพาะได้

ขั้นแรก ให้โหลดชิ้นงานทดสอบด้วยแรงจำเพาะสูงถึง 2 N ซึ่งคล้ายกับการวัดการเยื้อง นอกจากนี้ การสั่นของไซน์ที่น้อยที่สุด (แอมพลิจูดน้อยกว่าหนึ่งมิลลินิวตัน) ถูกนำไปใช้กับแรงนี้ การเสียรูปของวัสดุยังคงอยู่ในช่วงยืดหยุ่น การตอบสนองของวัสดุตัวอย่างวัดโดยการดูที่แอมพลิจูด (โดยปกติคือไม่กี่นาโนเมตร) และการเปลี่ยนเฟสระหว่างการสั่นสะเทือนจากการกระตุ้นและสัญญาณตอบสนอง

การวัดจะเริ่มโดยอัตโนมัติเมื่อระดับความร้อนถึงอุณหภูมิที่กำหนดไว้ล่วงหน้า นอกจากแผงป้องกันความร้อนเพื่อป้องกันอุปกรณ์วัดแล้ว ตัวฐานของหัวกดยังทำจากเซรามิกเพื่อลดการขยายตัวจากความร้อน ช่วยให้มั่นใจถึงค่าที่เชื่อถือได้แม้ว่าเวลาในการวัดจะนานขึ้น

Heating table SHS200 for FISCHERSCOPE® HM2000 and PICODENTOR® HM500 to analyze mechanical material properties up to 200 ºC.

อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านแก้วเฉพาะพลาสติก

การเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วนั้นจำเพาะสำหรับพลาสติกแต่ละชนิดและขึ้นอยู่กับวิธีการวัดที่ใช้ จึงต้องระบุเป็นลักษณะเฉพาะ จุดที่ Tg ตั้งอยู่นั้นขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของพลาสติกที่ถูกเชื่อมขวาง ตัวอย่างเช่น เกี่ยวกับดูโรเมอร์ จุดนั้นสูงกว่ามากเมื่อเทียบกับอีลาสโตเมอร์

สำหรับเทอร์โมพลาสติกที่ไม่มีรูปร่าง เช่น พอลิเมทิลเมทาคริเลต (PMMA) ช่วงการใช้งานที่เหมาะสมจะต่ำกว่า Tg ในขณะที่ตัวอย่างการเกิดอุบัติเหตุ Challenger ใช้อีลาสโตเมอร์เหนือ Tg

Phase diagram of amorphous thermoplastics.

Phase diagram of partially crystalline thermoplastics.

Phase diagram of elastomers.

Phase diagram of duromers.

เครื่องมือวัดของคุณกำหนดอิทธิพลความร้อนต่อพลาสติกและสารเคลือบ

การวัดด้วยระบบการเยื้องระดับนาโน FISCHERSCOPE® HM2000 และ PIODENTOR® HM500 ร่วมกับขั้นตอนการให้ความร้อน SHS200 ช่วยให้สามารถจำแนกลักษณะเฉพาะของพลาสติกและสารเคลือบได้อย่างครอบคลุม ในการวัดชุดเดียว สามารถวัดทั้งคุณสมบัติความหนืดแบบต่างๆ (โมดูลัสความยืดหยุ่น โมดูลัสการจัดเก็บ และโมดูลัสการสูญเสีย) และสามารถกำหนดอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วได้ การวัดค่า Tg เพิ่มเติมด้วยวิธีอื่นๆ เช่น การวัดปริมาณความร้อนด้วยการสแกนดิฟเฟอเรนเชียลนั้นไม่จำเป็น