تقنية التحليل الحراري هي عبارة عن مجموعة من التقنيات لتحديد العلاقة بين خصائص المواد ودرجة الحرارة. يستخدم على نطاق واسع في التوصيف النوعي والكمي للخواص الحرارية والفيزيائية والميكانيكية واستقرار المواد ، وله أهمية عملية مهمة للغاية للبحث والتطوير في المواد ومراقبة الجودة في الإنتاج. في الوقت الحاضر ، أصبحت تقنية التحليل الحراري واحدة من الوسائل التي لا غنى عنها في البحث والتطوير ومراقبة جودة المواد المطاطية.

تقنية التحليل الحراري هي عبارة عن مجموعة من التقنيات لتحديد العلاقة بين خصائص المواد ودرجة الحرارة. يستخدم على نطاق واسع في التوصيف النوعي والكمي للخواص الحرارية والفيزيائية والميكانيكية وثبات المواد ، وله أهمية عملية مهمة للغاية للبحث والتطوير في المواد ومراقبة الجودة في أساليب التحليل الحراري للإنتاج.

* dsc هي تقنية لقياس التغير في تدفق الحرارة لعينة مع درجة الحرارة أو الوقت عند درجة حرارة مبرمجة. لذلك ، باستخدام هذه التقنية ، التأثير الحراري لل المقالي عينة التحليل الحراري على العينة ، مثل ذوبان ، والانتقال الصلبة الصلبة ، reac الكيميائية نشوئها ، وما إلى ذلك ، يمكن دراستها.

* tga هي تقنية لقياس التغير في جودة العينة مع درجة الحرارة أو الوقت في جو معين باستخدام تحليل البوتقات tga . باستخدام هذه التقنية ، يمكن دراسة العمليات مثل التطاير أو التدهور المصحوب بتغيير الجودة. إذا تم استخدام تقنية tga-ms أو tga-ftir مجتمعة ، يمكن أيضًا تحليل الغاز المنبعث للحصول على معلومات أكثر شمولاً ودقيقة.

* tma يمكن قياس التغير في إزاحة العينة تحت بعض الضغوط. مع dma ، يمكن دراسة خصائص اللزوجة للمادة في نطاق تردد واسع ، ويمكن الحصول على المعامل الميكانيكي وسلوك التخميد للمادة.

في الوقت الحاضر ، أصبحت تقنية التحليل الحراري بشكل متزايد واحدة من الوسائل التي لا غنى عنها في البحث والتطوير ومراقبة جودة المواد المطاطية. يمكن أن توفر تقنية التحليل الحراري مؤشرات الأداء التالية للمواد المطاطية:

بكولومبيا

TGA

الجمعية التونسية للأمهات

DMA

التحول الزجاجي

تحليل التكوين

الاستقرار الحراري ، الاستقرار الأكسدة ، التدهور

طاقة اللزوجة ، معامل مرونة

سلوك التخميد

محتوى حشو ، محتوى الكربون الأسود

التبخر ، التبخير ، الامتزاز ، الامتزاز

تليين درجة الحرارة

التوسع ، الانكماش ، الذوبان في المذيبات

تقسية المطاط بالكبريت

ذوبان ، تبلور

رد الفعل

توصيف المواد المضافة

تقدم هذه الورقة باختصار إمكانية تطبيق تقنيات التحليل الحراري المختلفة في تقييم خصائص المواد من زوايا مختلفة.

مقدمة التطبيق

تم استخدام TGA لتحليل التكوين

غالبا ما يستخدم tga لتحليل التكوين. ويمكن استخدامه لمراقبة وتحليل التغيرات في الوزن من العينات في المقالي عينة DSC بسبب التبخر ، الانحلال الحراري ، الاحتراق ، إلخ. يرتبط حجم خطوة انعدام الوزن ارتباطًا مباشرًا بمحتوى المكونات المتطايرة (مثل الملدنات ، المذيبات ، إلخ) ومنتجات التحلل. في تحليل المطاط ، عند تحلل البوليمر في ارتفاع درجة الحرارة ، يتم تغيير الغلاف الجوي من الغلاف الجوي الخامل إلى الغلاف الجوي المؤكسد ، وسوف يحترق أسود الكربون وستظل المادة غير العضوية والرماد في المخلفات. لمزيج البوليمرات ، إذا كان نطاق درجة حرارة التحلل لكل مكون مختلفًا ، يمكن أن يكون tga يستخدم لتحديد محتوى كل مكون. يوضح الشكل التالي العديد من المطاط الصناعي الذي يحتوي على المطاط الطبيعي. المكون الثاني من البوليمر هو epdm (a) ، br (b) أو sbr (c) ، على التوالي. من خطوة انعدام الوزن في منحنى tga ، يمكن رؤية محتوى كل مكون بوضوح ، بما في ذلك (1) مكون متطاير ، (2) المطاط الطبيعي (العدد) ، (3) مكون البوليمر الثاني المقابل ، و (4) الكربون الأسود. بقايا هو مركب غير عضوي. نتائج تحليل المنحنى في اتفاق جيد مع القيم النظرية.

تحديد البوليمرات بواسطة dsc

إذا كانت درجة حرارة تحلل درجات الحرارة العالية لكل مكون في خليط البوليمرات العالية متشابهة ، فعند استخدام tga للتحليل ، يمكن الحصول على محتوى البوليمر الكلي فقط ولا يمكن فصل المكونات. يتم تمييزه وفقًا للانتقال الزجاجي. تشير درجة حرارة انتقال الزجاج tg إلى نوع البوليمر ، بينما يعكس ارتفاع transition cp لخطوة الانتقال الزجاجي محتوى البوليمر. على سبيل المثال ، بالنسبة لمزائج nbr / cr ، فإن الانتقال الزجاجي cr و nbr يمكن فصلها بوضوح. تبلغ نسبة ارتفاع الخطوة حوالي 1: 1 ، وهو ما يتفق تمامًا مع النتائج النظرية لـ nbr مع محتوى 24.4٪ و cr مع محتوى 24.4٪ في المعادلة. ويمكن رؤية ذلك من تحليل النتائج تحليل نتائج اللدائن الأخرى غير دقيق للغاية لأن ذروة الانتقال الزجاجية الثانية تتداخل مع ذروة الاسترخاء أو ذروة الانصهار.

تحليل الأداء الميكانيكي باستخدام DMA

يمكن أن توفر لنا dma السلوك اللزج المرن الخواص والخصائص المجهرية للمواد. يمكن تفسير ذلك بواسطة sbr بدرجات الفلكنة المختلفة أدناه. أثناء عملية الانتقال الزجاجية ، انخفض معامل التخزين g 'بنحو 3 أوامر من حيث الحجم ، في حين أن معامل الخسارة g "قدم ذروة. عند زيادة درجة الفلكنة ، ينتقل انتقال الزجاج إلى درجة حرارة أعلى. عندما تكون المادة في حالة المطاط ، يعتمد g على درجة الفلكنة. بسبب التدفق اللزج ، معامل التخزين g" sb r1 مع انخفاض درجة حرارة الفلكنة نسبيًا مع زيادة درجة الحرارة. عندما تكون الكثافة المتشابكة مرتفعة نسبيًا ، تزداد g خطيًا مع درجة الحرارة. لذلك ، يمكننا تحديد كثافة الارتباط المتقاطع للمواد وفقًا لمعاملها في حالة المطاط ، وكثافة الارتباط المتبادل k يمكن تقديرها وفقًا للمعادلة k = g / (2rt rho). من خلال الحساب ، تكون كثافة التشابك sbr 3 هي 1.07 × 10 - 4 مول / g ، ونسبة sbr 4 هي 2.03 × 10 - 4 mol / g .. تتناسب نسبة هاتين القيمتين مع نسبة محتوى الكبريت في هاتين المادتين.

تم تنفيذ فصل الذروة بواسطة اختبار tga تحت حالة الفراغ

في بعض الأحيان ، يتداخل تبخر الملدنات وتحلل البوليمرات مع بعضهما البعض. في هذه الحالة ، يمكن أن يؤدي اختبار tga تحت ضغط أقل (فراغ) غالبًا إلى فصل أفضل بين العمليتين ، مما يزيد بالطبع من دقة النتيجة تحليل.

في المثال التالي ، تم اختبار المطاط الصناعي nr / sbr بالضغط العادي وتم تحديد محتوى المكونات المتطايرة بنحو 6.3٪. عند ضغط 10 mbar ، كررنا هذه التجربة ووجدنا أن محتوى المكونات المتطايرة كان حوالي 9.2 ٪ ، والذي كان في اتفاق جيد مع المحتوى الفعلي لل 9.1 ٪ من النفط في المكونات.

باستخدام tmdsc لزيادة دقة الاختبار

يمكن الحصول على نتائج أكثر دقة من خلال استخدام تقنية dsc (tmdsc) المعدلة لدرجة الحرارة. بعد استخدام هذه التقنية ، يتم تقليل تأثير الاسترخاء في المحتوى الحراري وتأثير عملية الصهر على منحنى السعة الحرارية المقاسة.

تم اختبار خليط nr / sbr و epdm / sbr بواسطة طريقة tmdsc. من خلال تحليل المنحنى الذي تم الحصول عليه ، يمكن ملاحظة أن نسبة △ cp تتسق مع القيمة الفعلية في التركيبة.

نسبة تقاس dsc

نسبة تقاس tmdsc

القيمة الفعلية في المكون

NBR / كر

1: 0: 1

1: 0: 1

NR / SBR

4: 0: 1

3: 6: 1

3: 5: 1

EPDM / SBR

1: 3: 1

2: 0: 1

2: 0: 1

باستخدام DMA لاختبار أداء زحف

باستخدام اختبار dma ، يمكن فهم التفاعل بين البوليمر والإضافات ، ويمكن رؤية مدى العلاقة الخطية بين الإجهاد وسلالة المواد.

اختبرنا خصائص اللدائن epdm مع إضافات مختلفة من الكربون الأسود في حالة المطاط. أظهرت النتائج أن معامل تخزين epdm غير المملوء بالأسود الكربوني كان 0.5 ميجا باسكال ، وهذه القيمة لم تتغير مع تغير سعة الإزاحة. زيادة محتوى أسود الكربون ، ومعامله يزداد أيضًا. ومع ذلك ، بالنسبة للعينة التي تحتوي على نفس محتوى أسود الكربون ، فإن المعامل يتناقص عندما تزيد سعة إزاحة القص ، وبالتالي فإن العلاقة بين منحنى الضغط والإجهاد غير خطية ، وهذا بسبب تدمير عكسية من مجموعات الكربون الأسود.

استنتاج

يمكن أن توفر تقنية التحليل الحراري معلومات شاملة ومفيدة للغاية لوصف خصائص المواد: من أجل مراقبة الجودة اليومية وضمانها ، يمكن إكمال التحكم في المؤشرات الفنية للجودة الفردية عن طريق اختيار تكنولوجيا التحليل الحراري الفردية ؛ ومع ذلك ، فإن البحث والتطوير في حاجة المواد لاستخدام تقنيات التحليل الحراري المختلفة بشكل شامل لإجراء دراسة شاملة وتقييم لخصائص المواد.