ISO 11357-2 Пластмассы - Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) - Часть 2: Определение температуры стеклования и высоты ступеньки

Стандарт «ISO 11357-2 Пластмассы — Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) — Часть 2: Определение температуры стеклования и высоты ступени», опубликованный Международной организацией по стандартизации (ISO), описывает методы определения температуры стеклования и высоты ступени стеклования аморфных и частично кристаллических пластмасс.

Для целей настоящего стандарта, помимо терминов и определений, приведенных в ISO 472 и ISO 11357-1, применяются следующие определения:

• Температура стеклования: это характерное значение температурного диапазона, в котором происходит стеклование. Присвоенная температура стеклования может варьироваться в зависимости от конкретного свойства, а также метода и условий измерения.
• Высота стеклопереходного состояния: это разница удельной теплоемкости между верхней и нижней экстраполированными базовыми линиями при температуре стеклоперехода. Для частично кристаллических полимеров высота стеклопереходного состояния пропорциональна содержанию аморфной фазы.

В принципе, разница в скорости теплового потока между образцом и эталонным тиглем измеряется как функция температуры и времени, при этом образец и эталон подвергаются одной и той же программе контроля температуры в определенной атмосфере. Могут быть выполнены два типа дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК): ДСК с тепловым потоком и ДСК с компенсацией мощности. Изменение скорости теплового потока регистрируется как функция температуры, а температура стеклования и высота ступени определяются по полученной кривой.

В области полимерной науки и материаловедения точный термический анализ имеет важное значение для характеристики поведения пластмасс при изменении температуры. Одним из важнейших свойств является температура стеклования, то есть точка, в которой аморфный полимер переходит из твердого, стеклообразного состояния в мягкое, эластичное состояние. Точное измерение температуры стеклования обеспечивает надежность продукции в самых разных областях применения, от упаковочных пленок до автомобильных компонентов.

Стандарт ISO 11357-2, являющийся частью более широкой серии стандартов ISO 11357 по пластмассам и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), предоставляет стандартизированный метод определения температуры стеклования с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии.

Данный стандарт применяется к аморфным и полукристаллическим полимерам (за исключением полностью кристаллических полимеров без температуры стеклования). Он охватывает измерения температуры стеклования в диапазоне температур от -100 до +600 градусов, в зависимости от возможностей дифференциального сканирующего калориметра. Однако температуры плавления (ISO 11357-3), кристаллизация (ISO 11357-4) или время индукции окисления (ISO 11357-6) выходят за рамки данного стандарта.

Стандарт ISO 11357-2 согласуется с другими частями данного стандарта и поддерживает единую структуру дифференциальной сканирующей калориметрии для определения тепловых характеристик.

Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) измеряет разницу теплового потока между образцом и эталоном при изменении температуры с контролируемой скоростью. В ДСК с измерением теплового потока (наиболее распространенный метод) оба образца находятся в одной печи, тогда как в ДСК с балансировкой мощности отдельные нагреватели поддерживают одинаковую температуру.

Температура стеклования не представляет собой резкий пик, как при плавлении, а является переходом второго порядка, характеризующимся ступенчатым изменением теплоемкости. Она проявляется в виде сдвига базовой линии на термограмме ДСК из-за повышенной молекулярной подвижности. Высота ступени стеклования, вертикальный сдвиг теплового потока, количественно определяет изменение удельной теплоемкости. К влияющим факторам относятся скорость нагрева, предыстория образца (например, отжиг), влажность и молекулярная масса. Стандарт ISO 11357-2 стандартизирует эти параметры для минимизации вариабельности.

Стандарт ISO 11357-2 включает в себя строгий протокол:

• Подготовка образца: Масса 5-20 мг (обычно 10 мг для точности). Тонкие пленки, порошки или гранулы герметично упаковываются в алюминиевые контейнеры для предотвращения попадания влаги. Если образцы гигроскопичны, их предварительно обрабатывают, при необходимости, предварительным нагревом, для устранения влияния термической истории.
• Калибровка прибора: температура регулируется с использованием стандартов высокой чистоты (например, индия при 156,6 градусах). Базовая коррекция выполняется с использованием пустых сосудов для учета теплового потока.
• Условия испытаний:
• Скорость нагрева: 10-20 К/мин (рекомендуется 20 К/мин для стандартной температуры стеклования, более низкие скорости, например, 10 К/мин, для большей точности).
• Атмосфера: инертный газ (азот или гелий) со скоростью потока 20-50 мл/мин.
• Температурный режим: Начальный нагрев от 50 градусов ниже до 50 градусов выше ожидаемой температуры стеклования. Охлаждение со скоростью не менее 20 К/мин для компенсации предыдущих температурных изменений. Второй нагрев повторяется для достижения воспроизводимой температуры стеклования (обязательно для полукристаллических полимеров).
• Анализ данных:
• Методы определения температуры стеклования (предпочтительно средней точки):
• Начальная точка (экстраполюс): точка пересечения касательных к базисным линиям после предыдущего или последующего шага.
• Середина: половина высоты ступеньки (наиболее распространенный вариант согласно ISO).
• Точка перегиба: Точка максимального уклона.
• Расчет высоты ступени стеклования: разница теплового потока между экстраполированными базовыми линиями нормируется по массе и скорости.
• Обычно этот процесс автоматизируется программным обеспечением, но рекомендуется ручная проверка.
• В отчете приводятся описание метода, а также значения температуры стеклования, термограмма с отмеченными точками и погрешности (обычно ±1-2 градуса для температуры стеклования).

Основные области применения стандарта ISO 11357-2 следующие:

• Выбор материала: Температура стеклования определяет рабочую температуру.
• Контроль качества: Обнаружены отклонения в партиях или порча продукции.
• НИОКР: Исследуются добавки, смеси или процессы отверждения (например, повышение температуры стеклования эпоксидной смолы за счет сшивания).
• Отрасли: автомобильная (приборные панели), электроника (печатные платы), медицинские изделия (стерилизуемые пластмассы).

Вкратце, стандарт ISO 11357-2 является незаменимым инструментом для надежного измерения температуры стеклования, способствуя обеспечению глобальной согласованности в характеристиках полимеров. Это ведет к разработке более безопасных продуктов.

На протяжении многих лет наша организация, располагающая компетентным и опытным персоналом, понимает потребности своих клиентов, предоставляет им необходимые передовые услуги по тестированию и оказывает помощь в создании, внедрении и совершенствовании систем управления. В рамках этой деятельности мы также предоставляем предприятиям услуги по тестированию в соответствии со стандартом «ISO 11357-2 Пластмассы — Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) — Часть 2: Определение температуры стеклования и высоты ступени».