DSC+Identify 鑒定塑料部件及雜質(zhì)成分

前言

塑料材料種類繁多，在工業(yè)領(lǐng)域,，進行原料,、成品與雜質(zhì)的成分鑒別的需求十分常見。DSC 技術(shù)是一種用于鑒別塑料成分的常用輔助手段,。傳統(tǒng)上,，一般基于 DSC 掃描譜圖上的 Tm（熔融峰溫）、Tg（玻璃化溫度）,、△Hm（熔融熱焓）等相關(guān)信息,，根據(jù)與文獻數(shù)據(jù)的相似性，結(jié)合分析者經(jīng)驗進行判斷,。Netzsch 公司最新推出的 DSC-Identify 譜圖識別技術(shù),，基于數(shù)據(jù)庫中海量譜圖的自動檢索與指紋特征匹配，來對未知樣品成分進行鑒定,，為塑料工業(yè)的成分鑒別提供了一種方便而有力的手段,。

本文中對某塑料工程公司送檢的兩種塑料成分，進行了 DSC 測試與成分分析,。我們在進行了 DSC 測試之后,，基于客戶提供的信息，同時基于經(jīng)驗與文獻查詢,，進行了成分的初步判斷,。我們又使用DSC-Identify 技術(shù)，進行了這一項目所涉兩種塑料成分的進一步驗證鑒定,。

案例 1：POM 管件鑲嵌雜質(zhì)

樣品：藍色塑料管,，螺紋上有黃色塑料雜質(zhì)。

測試目標：客戶猜想該雜質(zhì)可能是 PC 或 PA66,。需通過 DSC 檢測進行推斷,。

圖 1  含雜質(zhì)樣品三次升溫的DSC 圖譜

圖 2 經(jīng)液氮快速冷卻后含雜質(zhì)樣品的 DSC 圖譜

圖 1 和圖 2 是對 POM 管件上鑲嵌雜質(zhì)進行成分鑒定的 DSC 圖譜。根據(jù) DSC 圖譜信息,，大致可以推斷出該雜質(zhì)聚合物可能為 PA66,，理由如下：

1)   PC 是一種無定型的熱塑性工程塑料，在260℃附近的吸熱峰不可能是 PC 的熔融峰,。另外,，POM 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約-60℃，但是在 DSC 曲線上并沒有出現(xiàn)對應(yīng)的吸熱臺階,，所以根據(jù)圖 1 可以排除該雜質(zhì)是 PC 或者 POM 的可能,。

2)   從圖 1 可以發(fā)現(xiàn),，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著熱處理次數(shù)的增加而逐漸往高溫方向移動（大約從10℃ 遷移到60℃左右）。PA66具有這種相似的熱行為,，這是因為 PA66 易于吸濕,，而隨著熱處理的進行， 材料的濕度逐漸減小,，導(dǎo)致了玻璃化溫度向高溫方向移動,。

3)   至于在 174℃ 左右的寬峰，很可能是雜質(zhì)材料本身的應(yīng)力松弛或熱歷史,，因為該管件材料 POM

的熱處理溫度是在 PA66 的熔點溫度以下來進行的,。

4)   圖 2 為對熔融狀態(tài)下雜質(zhì)材料進行液氮淬冷（防止結(jié)晶）之后，進行的升溫測試,?？梢缘玫诫s質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大約在 68℃，與 PA66 的玻璃化溫度文獻值（70...90℃）較為吻合,。自 281℃起曲線出現(xiàn)往放熱方向的漂移,，或與管材成分 POM 的起始分解有關(guān)。

DSC-Identify 檢索驗證

對圖 1 中的二次升溫曲線進行 Identify 檢索,，結(jié)果如下：

圖 3 雜質(zhì)樣品實測曲線（藍色）與數(shù)據(jù)庫中的 PA66-GF30 曲線（紅色）對比

Identify 檢索結(jié)果亦為 PA66,，圖 4 中紅色曲線為數(shù)據(jù)庫中的 PA66-GF30 圖譜。兩者的相似度為 67.17%,。

案例 2：未知塑料齒輪

樣品樣品：硬質(zhì)塑料,。

測試目標：判斷該塑料的成分。

圖 4 塑料齒輪的DSC 圖譜

基于圖 4 中的第二次升溫曲線,，發(fā)現(xiàn)與 PEEK 理論報導(dǎo)的相關(guān)特征溫度（玻璃化溫度：145～155℃,，熔點：335~345℃）十分相似，判斷塑料齒輪材料應(yīng)為 PEEK,。

DSC-Identify 檢索驗證

圖 5 未知塑料樣品Identify檢索結(jié)果。實測曲線（藍色）與數(shù)據(jù)庫中的 PEEK 曲線（紅色）對比

數(shù)據(jù)庫檢索結(jié)果同樣顯示,，該樣品材料最可能為 PEEK,，其匹配度高達 97.41%。而其他聚合物條目的匹配程度均較低,。由此進一步證實了該塑料材料應(yīng)為 PEEK 成分,。

結(jié)論

在傳統(tǒng)意義上，使用 DSC 方法進行塑料成份鑒定,，一般基于DSC 掃描譜圖上的 Tm（熔融峰溫）,、Tg（玻璃化溫度）、△Hm（熔融熱焓）等相關(guān)信息,，根據(jù)與文獻數(shù)據(jù)的相似性,，結(jié)合分析者經(jīng)驗進行判斷,。

Netzsch 公司推出的 Identify 智能鑒別技術(shù)，則為塑料成分的 DSC 方法鑒定提供了一種快速,、方便而可靠的強有力的工具,。值得一提的是，Netzsch Identify 數(shù)據(jù)庫不僅內(nèi)置了近百種不同聚合物的實測譜圖與文獻數(shù)據(jù),，而且還支持用戶將自測的聚合物譜圖（如手頭純物質(zhì)或標準樣品的實測譜圖）添加到數(shù)據(jù)庫中,，以對數(shù)據(jù)庫進行擴展，并用于今后的材料鑒定,。這就進一步提高了實際應(yīng)用中材料成分鑒定的可靠性,，避免了實際材料與文獻數(shù)據(jù)在材料純度（共混、填料影響）,、分子量分布,、支鏈化程度、結(jié)晶程度,、工   藝因素等等方面的差異所可能帶來的匹配偏差,。

作者：

徐粱

朱明峰

曾智強