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日立差示掃描量熱法(DSC)用于測(cè)試聚丙烯部件的可靠性
閱讀:684 發(fā)布時(shí)間:2020-9-6聚丙烯(PP)是一種廉價(jià)的結(jié)晶聚合物,,易于被塑造成不同的形狀,并且非常堅(jiān)固,,具有耐化學(xué)腐蝕和防水性能,。因此,它是生產(chǎn)廣泛的塑料之一,可用于包裝,,可作為混凝土結(jié)構(gòu)的添加劑,、電纜的絕緣層,還可用作醫(yī)用防護(hù)設(shè)備的原材料,。
差示掃描量熱法用于評(píng)估聚丙烯的熱性能:
通過(guò)加熱塑料直至熔融而使聚丙烯部件塑造成型,。由于隨后的冷卻會(huì)影響材料的結(jié)晶度,因此必須進(jìn)行控制以確保獲得合適的材料性能,,如脆性,。差示掃描量熱法(DSC)可用于評(píng)估聚丙烯的溫度依賴性以及冷卻曲線和添加劑對(duì)材料結(jié)晶度的影響。
日立測(cè)試了幾件聚丙烯樣品,,以演示如何使用差示掃描量熱法測(cè)試聚丙烯在不同加工條件下的性能變化情況,。
實(shí)驗(yàn)裝置
我們使用商用聚丙烯片材作為樣品,并使用日立推出的DSC7020儀器評(píng)估其熱性能,。
測(cè)試旨在評(píng)估晶體結(jié)構(gòu)的溫度依賴性,。
為此,我們?cè)u(píng)估了分別經(jīng)歷4種不同熱處理過(guò)程的4件聚丙烯樣品:
樣品1:未處理
樣品2:加熱至110oC,,隨后淬火
樣品3:加熱至115oC,,隨后淬火
樣品4:加熱至120oC,隨后淬火,。
隨后在差示掃描量熱儀中依次對(duì)每件樣品進(jìn)行評(píng)估,。將它們?cè)诘獨(dú)鈿夥障乱?0oC/ min的速度從室溫加熱至200oC。差示掃描量熱法的測(cè)試結(jié)果如下圖所示:
從結(jié)果可看出,,所有樣品均在160oC左右出現(xiàn)吸熱峰,,這與聚丙烯的熔融狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。如果查看右邊顯示放大部分的曲線圖,,則可看出4條曲線之間的差異,。未處理的樣品所對(duì)應(yīng)的曲線是平滑的,而經(jīng)熱處理的樣品所對(duì)應(yīng)的曲線則顯示出非常小的吸熱峰,,非常接近其相應(yīng)的熱處理溫度,。這表明每種熱處理會(huì)產(chǎn)生不同的晶體結(jié)構(gòu)。通過(guò)優(yōu)化注塑成型線溫度,,可控制終產(chǎn)品的機(jī)械性能以及與其相關(guān)的加工成本,。
接下來(lái),我們將使用差示掃描量熱法評(píng)估聚丙烯不同冷卻曲線的結(jié)晶時(shí)間,。
相同的聚丙烯樣品在氮?dú)鈿夥障卤患訜嶂?00oC熔化,。隨后將它們淬火至不同溫度,并在該溫度下保持15至50分鐘,。下圖顯示了在不同淬火溫度下的差示掃描量熱法測(cè)量結(jié)果。
該圖表明聚丙烯結(jié)晶會(huì)在每個(gè)保持溫度下有一個(gè)放熱峰,。保持溫度越低,,則峰越尖,,結(jié)晶時(shí)間越短。相反,,如若在淬火過(guò)程中保持溫度越高,,則峰越寬,結(jié)晶時(shí)間越長(zhǎng),。
這是因?yàn)檩^高的溫度使結(jié)晶更加困難,,從而增加了結(jié)晶時(shí)間。由于結(jié)晶時(shí)間的增加會(huì)減慢生產(chǎn)速度并可能影響終產(chǎn)品的性能(例如脆性),,因此對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化至關(guān)重要,。
后,我們將演示如何使用差示掃描量熱法評(píng)估添加劑對(duì)結(jié)晶性能的影響,。
使用A和B兩件不同的聚丙烯樣品,,其中樣品B含有添加劑。將兩件樣品加熱至200oC,,隨后在125oC的保持溫度下淬火,。下圖顯示了差示掃描量熱法的輸出信息:
可看出這兩件樣品完成結(jié)晶所需的時(shí)間有明顯差異。含有添加劑的樣品(B)在2分鐘內(nèi)完成結(jié)晶,,而樣品A則需要更長(zhǎng)的時(shí)間,。采用此方法可實(shí)現(xiàn)按照所用添加劑對(duì)結(jié)晶效果進(jìn)行評(píng)估。由于添加劑很昂貴,,因此需確保所使用的是正確的添加劑,,并且用量準(zhǔn)確,從而為終的產(chǎn)品提供所需的性能,。
經(jīng)上述實(shí)驗(yàn)證實(shí),,差示掃描量熱法在優(yōu)化聚丙烯成型過(guò)程中的處理時(shí)間和溫度方面的作用至關(guān)重要。
了解更多關(guān)于日立差示掃描量熱儀系列的信息
此次分析所使用的儀器是DSC7020,,這是一種高靈敏度,、多功能的分析儀,可用于多種應(yīng)用領(lǐng)域,,包括聚合物表征,。差示掃描量熱儀系列包含一項(xiàng)*的熔爐設(shè)計(jì),能提供基線平整度,,以及一個(gè)RealView攝像系統(tǒng),,可在屏幕上實(shí)時(shí)顯示材料性能。