Differentiell Svepkalorimetri (DSC)
Differentiell Svepkalorimetri (DSC)
DSC är en teknik som används för att mäta energiförändringen (ΔE) hos ett ämne under uppvärmning eller avkylning (ΔT). Storleken på den energiförändring som är relaterad till en omvandling eller en kemisk reaktion registreras samt vid vilken temperatur det sker. Principen bygger på att när ett ämne genomgår en förändring där energi tas upp eller avges registreras detta av en sensor och ett utslag kan ses. Förändringar som resulterar i upptag av energi kallas endoterma och förändringar när energi avges kallas för exoterma.
Med hjälp av DSC kan en stor mängd viktig information tas fram om materialet. Metoder kan även skräddarsys för att få fram specifik information. Metoden använder små provmängder i området 1-20 mg vilket är positivt vid begränsad tillgång på prov.
Nedan följer en del parametrar som vi på TermoLab med hjälp av DSC kan studera och som återger en hel del viktig information om de fysika och kemiska egenskaperna hos ett material.
Smältning
En polymer har ett relativt brett smältområde och detta område speglar många gånger storleken på de kristallina delarna som smälter. De minsta delarna smälter först och de största sist. Det finns en mängd olika parametrar som påverkas smältningen och det gör att den är viktig att undersöka och ha kontroll över. Med hjälp av DSC undersöker vi smältningsprocessen.
Studera polymerblandningar
Något som är vanligt är att blanda samman olika polymerer för att uppnå önskade egenskaper. Många gånger är blandningsförhållandet kritiskt för funktionen av den detalj som tillverkas. DSC är ett bra instrument för att studera polymerblandningar och de egenskaper som de har. Tekniken är även bra att använda i ett tidigt skede för att undersöka olika blandningar för att på så sätt få fram den mest optimala.
Glasomvandling
Glasövergångstemperaturen är då materialet övergår från sin fasta stela struktur till en mer gummi aktig och mjuk eller omvänt. Denna temperatur brukar benämnas Tg och är mycket viktig att ha kontroll över eftersom den ofta ger indikation på inom vilket temperaturområde materialet kan användas. Glasomvandlingen sker i den amorfa delen av polymeren. Tg kan förändras genom tillsatser av exempelvis mjukgörare och den påverkas även av andra faktorer inom polymeren. DSC är ett bra instrument för att undersöka glasövergångar.
Mjukgörares påverkan på materialens egenskaper
Mjukgörare tillsätts till en del material för att uppnå egenskaper med avseende på flexibilitet och mjukhet i strukturen. En del av dessa ämnen har även flitigt diskuterats i media på grund av deras misstänkta negativa miljöpåverkan och giftighet. Därför letar man ständigt nya ersättare till potentiellt farliga och byter man så får materialen ofta andra egenskaper som man kanske inte tänker på eller tar hänsyn till. Påverkan av mjukgörare kan studeras med DSC men även andra tekniker.
Kristallinitet
Kristalliniteten är en viktig parameter för materialens fysikaliska och mekaniska egenskaper. De material som innehåller kristallina delar – så kallade delkristallina – har en molekylstruktur som gör att kedjorna kan ordna sig. Vissa typer av material har ingen möjlighet att ordna sig på grund av steriska hinder i strukturen eller många korsbindningar och dessa kallas amorfa. Kristalliniteten bestämmer vi med hjälp av DSC.
Molekylviktens påverkan på material
Något som också påverkar polymerers egenskaper är molekylvikten. Polymera material med olika molekylvikt får olika egenskaper och förändrade fysikaliska parametrar. Här spelar även molekylviktsfördelningen en viktig roll. Denna påverkan på olika parametrar hos materialen kan studeras med bland annat DSC.
Termisk historia
Genom termoanalytiska mätningar kan man undersöka materialens termiska historia. Hur en detalj har tillverkats och under vilka förhållanden kan avslöjas så väl som eventuell påverkan av åldring. Termisk historia undersöks med DSC.
Olika additivs inverkan på materialens egenskaper
Polymera material innehåller förutom baspolymeren även olika typer av additiv och fyllmedel som är tänkta att bland annat ge andra egenskaper eller skydda polymeren mot nedbrytning. Additivens närvaro och frånvaro påverkar till stor del polymermaterialets egenskaper och hur den kan användas. Mätningar kan göras med bland annat DSC för att titta närmare och optimera tillsatser.
Skillnader inom/mellan Batcher
Med hjälp av vår termoanalytiska utrustning kan vi i detalj studera både råvarumaterial och processade detaljer med avseende på skillnader. Generella och modifierade metoder med DSC används för denna typer av tester.
Kvaliteten på formsprutade detaljer
En viktig del i tillverkningen av detaljer av polymera material är hur kvaliteten blir på den färdiga produkten. Klarar den av sin tilltänkta användning och hur länge kan den hålla? Undersöker man formsprutade produkter med hjälp av DSC får man svar på många frågor och här är det även viktigt att följa upp kvaliteten med jämna mellanrum med kontinuerliga tester.
Kvalitet på råvarumaterial
Vill man producera bra produkter gäller det att ha bra kontroll på de råvaror man utgår ifrån. Små skillnader kan leda till stora problem och dessa kan lätt undvikas genom kontinuerliga kontroller på inkommande material. Metoder kan skräddarsys med DSC för att passa såväl det material man undersöker som de specifika parametrar som anses känsliga för processen.
Studering av tvärbindningar
Tvärbindningar inom den polymera strukturen har en avgörande påverkan på hur materialet kommer fungera i sin tilltänkta användning. Tvärbindningsgraden kan till viss del studeras med hjälp av DSC och specifika metoder men här ger även andra typer av instrument bra kompletterande information.
Studera polymerstrukturen
Polymerstrukturen påverkar resultaten från DSC mätningar och kan på så vis undersökas på ett bra sätt med denna teknik. Här finns även möjlighet att utveckla detaljerade och specifika metoder där man tar fram precis den information man söker.
Studera efterhärdning av material
Vissa typer av polymera material kräver efterhärdning för att strukturen ska få sina egenskaper samtidigt som eventuella restprodukter ventilleras bort. Denna process är viktig att den genomförs med rätt parametrar för att materialen inte ska få förändrade egenskaper eller innehålla farliga restprodukter. Med DSC kan man lätt undersöka om processen inte varit tillräcklig samt optimera dessa parametrar.
Processparametrars inverkan på materialet
Vid tillverkning av en detalj kommer processinställningarna ha en stor påverkan på materialet och således även funktionen och egenskaperna hos den färdiga detaljen. Därför är det viktigt att inställningarna blir korrekta både med avseende på materialet men även så att processen blir så effektiv som möjligt. Tester med DSC kan vara en ovärdelig hjälp vid processoptimering.
Studering av lim och sammanfogningar
Lim och sammanfogningar är även viktiga för att de ska få sina rätta egenskaper. Här krävs rätt förfarande och fullständig genomhärdning för optimal funktion. DSC används för att studera dessa förhållanden. Man kan även titta på kinetiken och genom det optimera sina processer för hög effektivitet. Här är det även viktigt att titta på om lim och polymer passer ihop och inte påverkar varandra negativt genom nedbrytning.
Hur återvunnet material påverkar kvaliteten
Genom att återvinna material minskar man miljöpåverkan och sparar in en del på fossila bränslen. Detta är bra på många sätt men man måste även ta hänsyn till hur den produkt man tillverkar klarar av det återvunna materialet och om funktionen är tillräcklig. Vid återvinnning påverkas materialet av en process som förändrar dess egenskaper. Med hjälp av DSC mätningar kan man på ett bra sätt påvisa materialförändringar och även klargöra om den tänkta detaljen klarar av att tillverkas av återvunnet material.
Kontroll av renhet eller eventuell kontaminering
Renhet och kontaminering är andra delar som påverkar materialen. Är exempelvis inte processutrustningen tillräckligt ren kan man få inblandning av mindre delar polymerer i andra varpå de fysikalisk kemiska egenskaperna kraftigt kan påverkas och leda till felaktiga produkter. Kontaminering från process utrustning kan även leda till framtida problem. Med DSC kan man få en uppfattning av renheten och om det förekommer viss kontaminering men detta bör även undersökas med annan instrumentering.