Die thermische Analyse wurde in vielen Bereichen und in verschiedenen Materialien und Größen angewendet Probenschalen für die thermische Analyse Englisch: www.tab.fzk.de/en/projekt/zusammenf...ng/ab103.htm Ihre Wirksamkeit ist dementsprechend nicht nur wissenschaftlich, sondern auch industriell zu erzielen. Als Anwendungsgebiet sind anorganische Werkstoffe wie Metalle, Mineralien, Keramiken, Glas und hochmolekulare Werkstoffe wie Kunststoffe und Gummi selbstverständlich, und alle Stoffe wie z Als Medizin sind Lebensmittel, Kosmetika und Biologie zu Objekten der thermischen Analyse geworden.

Auf der Seite der Materialbewertung werden im Folgenden typische Anwendungsbeispiele anhand typischer Mess- und Analysebeispiele vorgestellt.

Anwendungsbeispiel von 4 - 1 dsc

Messung des Glasübergangs von 4 - 1 - 1 Polystyrol

die dsc-messergebnisse von 8 monodispersen polystyrolen mit unterschiedlichen molekulargewichten sind in abb. Unter Verwendung von dsc kann das Glasübergangsphänomen beobachtet werden, bei dem sich die Basislinie in Richtung der endothermen Richtung bewegt. Die Glasübergangstemperatur (tg) kann aus der beobachteten Temperatur bestimmt werden, bei der sich die Basislinie bewegt . Je höher das Molekulargewicht ist, desto höher ist die Glasübergangstemperatur von Polystyrol.

Feige. 10 dsc Messergebnisse von Polystyrol

Schmelzmessung von 4 - 1 - 2 Polyethylen

die dsc-messergebnisse von fünf polyethylensorten mit unterschiedlichen dichten sind in abb. 11. Beim DSC-Verfahren kann die Schmelztemperatur (tm) aus der Temperatur berechnet werden, die am Peak während des Schmelzens beobachtet wird, und die Schmelzwärme (△ hm) kann auch aus der Peakfläche berechnet werden.

Feige. 11 dsc Messergebnisse von Polyethylen a: Polyethylen niedriger Dichte b: Polyethylen hoher Dichte

wie in fig. In 12 werden die Spitzentemperatur und die Beziehung zwischen Wärme und Dichte aus den Messergebnissen in 11 erhalten. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass die Schmelztemperatur und die Wärme von Polyethylen mit der Dichte variieren, und je höher die Dichte ist, desto höher sind die Schmelztemperatur und die Wärme.

Feige. 12 Beziehung zwischen Schmelztemperatur und Schmelzwärme von Polyethylen und Dichte

spezifische Wärmekapazitätsmessung

neben der messung der temperatur und wärme von stoffumwandlung, schmelzung und reaktion kann die spezifische wärmekapazität (cp) auch durch dsc-messung mit a bestimmt werden Probenschale für die thermische Analyse .

Feige. 13 zeigt das Prinzip der Berechnung der spezifischen Wärmekapazität durch DCS-Messung in einem mathematischen Modell. Der leere Behälter und die unbekannte Probe sowie die Referenzsubstanz mit bekannter Wärmekapazität wurden unter den gleichen Bedingungen gemessen. gemäß den erhaltenen dsc-Daten.

In 13 (a), (b) und (c)) kann die spezifische Wärmekapazität (cp) der unbekannten Probe unter Verwendung der folgenden Formel erhalten werden.

Feige. 13 DSC-Methode zur Messung der spezifischen Wärmekapazität

dsc Kurve des leeren Behälters

dsc Kurven unbekannter Proben

dsc Kurve der Referenzsubstanz

cps: spezifische Wärmekapazität einer unbekannten Probe

cpr: spezifische Wärmekapazität der Referenz

ms: unbekanntes Probengewicht

mr: das Gewicht der Referenzsubstanz

h: Unterschied zwischen unbekannter Probe und leerem Behälter h: Unterschied zwischen Referenz und leerem Behälter

als Beispiel für die Ergebnisse der Messung der spezifischen Wärmekapazität mit dieser Methode, Abb. 14 zeigt die Ergebnisse der Messung und Analyse von Polystyrol.

Feige. 14 Ergebnisse der spezifischen Wärmekapazitätsmessung von Polystyrol

Beispiele für TG / DTA-Anwendungen

thermische Zersetzungsmessung von Polymer

da die Zersetzung des Polymers mit einer Gewichtsänderung einhergeht, wird bei der Bewertung der Wärmebeständigkeit und der thermischen Stabilität des Polymers üblicherweise eine tg / dta-Probenschale verwendet und üblicherweise eine tg-Messung durchgeführt.

Die tg-Messergebnisse verschiedener Polymere sind in Abb. 1 dargestellt. 15.Es gibt 7 Arten von Proben: Polyvinylchlorid (PVC), Polyacetal (POM), Epoxidharz (EP), Polystyrol (PS), Polypropylen (PP), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) und Polytetrafluorethylen (PTFE) .it kann Aus der Figur ist ersichtlich, dass die Zersetzungsinitiierungstemperatur und das Zersetzungsverhalten verschiedener Arten von Polymeren unterschiedlich sind.

thermische Zersetzungsmessung von Gummi

Die tg / dta-Messergebnisse von mit Ruß dotiertem Chloroprenkautschuk sind in Abb. 1 dargestellt. 16. Der Messvorgang besteht darin, dass die Temperatur im Stickstoffmedium zunächst auf 550 ° C erhöht wird, dann vorübergehend auf 300 ° C gesenkt wird, das Gasmedium durch Luft ersetzt wird und die Temperatur wieder auf 700 ° C erhöht wird. infolgedessen findet die thermische Zersetzung der Polymerkomponenten hauptsächlich im Stickstoffmedium statt. Auf diese Weise kann die quantitative Analyse der Trennung verschiedener Komponenten gemäß der Reduktion in der Luft durchgeführt werden Gewicht verschiedener Substanzen und des Rückstands (Asche).

Feige. 15 tg Messergebnisse von Polymer

Feige. 16-tg / dta-Messergebnisse der theoretischen Analyse der Aktivierungsenergie der 4 - 2 - 3-Reaktion von Chloroprenkautschuk

Als Mittel zur Bewertung der Wärmebeständigkeit von Polymermaterialien in kurzer Zeit besteht die Methode darin, die Messergebnisse der thermischen Analyse mit tg unter Verwendung der Reaktionsaktivierungsenergietheorie zu analysieren. Bisher wurden mehrere Analysemethoden beschrieben. Die "Ozawa-Methode" ist die am weitesten verbreitete und gebräuchlichste theoretische Analysemethode für die Reaktionsaktivierungsenergie Die Reaktionszeit, die ein bestimmtes Verhältnis (Alterungszeit bei konstanter Temperatur) bei konstanter Temperatur erreicht, kann aus den tg-Messdaten bei drei oder mehr Heizraten erhalten werden.

wie in fig. In 17 sind die Messergebnisse von Isoliermaterialien gezeigt, die hauptsächlich aus Polymeren bestehen. Dies ist das Messergebnis unter vier Aufheizraten. Aus diesem Ergebnis ist ersichtlich, dass die Zersetzungstemperatur bei unterschiedlichen Heizraten unterschiedlich ist. Für den anfänglichen Prozessteil der Zersetzung dieser tg-Daten (Teil mit 5% Gewichtsreduktion) sind die Ergebnisse der theoretischen Analyse der Reaktionsaktivierungsenergie unter Verwendung von "ozawa" Methode "sind in Abb. Als Ergebnis der Analyse beträgt die Aktivierungsenergie der Zersetzungsreaktion zusätzlich 113 kj / mol, unter der Annahme, dass das Isoliermaterial auf einer konstanten Temperatur von 150 ° C gehalten wird. c. Das Ergebnis der Berechnung der Alterungszeit bei konstanter Temperatur ist, dass die Zeit, die erforderlich ist, damit die Zersetzungsreaktion auf 20% fortschreitet, 0,54 Tage beträgt.

Feige. 17 tg Messergebnisse von Dämmstoffen

Feige. 18 theoretische Analyseergebnisse der Reaktionsaktivierungsenergie

Anwendungsbeispiel von tma

Messung des Glasübergangs von Polyvinylchlorid

Wenn tma zur Messung der Polymerexpansion und -kompression verwendet wird, kann die Glasübergangstemperatur auch gemessen werden, während die Expansionsrate gemessen wird.

die tma-messergebnisse von polyvinylchlorid mit unterschiedlichen konzentrationen von drei weichmachern (dop) sind in abb. Bei diesem Verfahren kann das Glasübergangsphänomen als Änderung der Expansionsrate beobachtet werden. Die Glasübergangstemperatur (tg) kann aus der Temperatur bestimmt werden, bei der sich die Expansionsrate ändert. 19, wenn Weichmacher zu Polyvinylchlorid gegeben wird, bewegt sich die Glasübergangstemperatur mit der Zunahme der Weichmacherkonzentration auch zur Niedertemperaturseite.

Feige. 19 tma Messergebnisse von Polyvinylchlorid

Messung von Polymerfilmen mit Nadelsonden

Die Erweichungstemperatur des Polymers kann durch Messung mit einer Nadelsonde erfasst werden. Der Prozess des Eindringens des vorderen Endes der Nadelsonde durch die Probe kann beobachtet werden, wenn die Probe, die einer bestimmten Belastung ausgesetzt ist, während des Erhitzungsprozesses zu erweichen beginnt Die Verdrängungsstarttemperatur ist zu diesem Zeitpunkt die Erweichungstemperatur. Wenn die Probe ein dünner Film oder dergleichen ist, kann die Dicke des dünnen Films auch gemäß dem Verdrängungsbetrag bestimmt werden. Die Ergebnisse der Nadelpenetrationsmessung von Polyethylen (pe), Polypropylen (pp) und Nylon (ny) sind in Abb. Aus diesem Ergebnis kann beobachtet werden, dass die Erweichungstemperatur mit der Art des Polymers variiert.

Feige. 20 Ergebnisse der Nadelpenetrationsmessung des Polymerfilms

die Anisotropie der thermischen Ausdehnung und Kontraktion

Die tma-Methode misst grundsätzlich nur die Änderung der Probengröße in einer Richtung. Aufgrund des Unterschieds in Material, Zusammensetzung und Struktur der Probe kann es jedoch zu Unterschieden im Verhalten und in der Größe der thermischen Ausdehnung und Kontraktion in verschiedenen Messrichtungen kommen ( Belastungsrichtungen). Diese Eigenschaft, die in verschiedenen Richtungen unterschiedliche Materialeigenschaften aufweist, wird als Anisotropie bezeichnet und kann durch tma-Messung verstanden werden. Die Messergebnisse der Ausdehnung und Kontraktion der Leiterplatte (glasfaserverstärktes Epoxidsubstrat) in drei Richtungen sind gezeigt in Abb. Aus diesem Ergebnis ist ersichtlich, dass das Wärmeausdehnungsverhalten bei verschiedenen Messrichtungen unterschiedlich ist. Aus den Messergebnissen ist auch ersichtlich, dass die Änderung der Ausdehnungsrate um 130 ° C - 150 ° C durch den Glasübergang von Epoxidharz verursacht wird Harz, der Hauptbestandteil der Leiterplatte. Die Ergebnisse der Zugmessung der Polyethylenfolie sind in Abb. 2 dargestellt. Dies ist das Ergebnis der Messung der Ausdehnungsrichtung bzw. der vertikalen Richtung des Films. Da die Moleküle im Filmherstellungsprozess des Polymerfilms entlang der Ausdehnungsrichtung angeordnet sind, werden die physikalischen Eigenschaften des Films in der Ausdehnungsrichtung und deren vertikale Richtung sind unterschiedlich. Aus 22 ist ersichtlich, dass die Dehnung in der Ausdehnungsrichtung größer ist als die in der vertikalen Richtung, und dass ein Schrumpfungsverhalten unmittelbar vor dem Schmelzen vorliegt.

Feige. 21 Messergebnisse der Expansion und Kompression von Leiterplatten

Feige. 22 Ergebnisse der Zugmessung von Polyethylenfolie a: Dehnungsrichtung b: vertikale Richtung