Glasovergangen (Tg) er en reversibel fysisk overgang, der opstår, når den amorfe del af et materiale opvarmes eller afkøles inden for et bestemt temperaturområde. Hvis man afkøler et materiale under dets glasovergangstemperatur, bliver det skørt som glas, mens opvarmning over Tg gør materialet læderagtigt og derefter gummiagtigt. At kende de karakteristiske værdier for glasovergangen som glasovergangstemperaturen Tg i K eller °C og delta cp værdien i J/g°C (= kurvens trinhøjde) er nyttigt til bestemmelse af driftstemperaturområdet eller det amorfe indhold i et halvkrystallinsk materiale.
Fysiske egenskaber som varmekapaciteten, Cp, den termiske udvidelseskoefficient (CTE) og lagringsmodulet (G') ændres ved glasovergangen. Figuren viser tre forskellige kurver for polystyren (PS) opnået ved hjælp af Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermomechanical Analysis (TMA) og Dynamic Mechanical Analysis (DMA). Cp -kurven blev bestemt ud fra en DSC-opvarmningskørsel ved 5 K/min. PS'en blev chokafkølet på forhånd. CTE blev opnået fra den anden opvarmningskørsel med en TMA, og modulet (G') blev bestemt med en DMA forskydningsmåling ved 10 Hz.
 |
 |
Differential scanning calorimetry (DSC) er en alsidig måleteknik, der anvendes i mange analyselaboratorier, både til QC og R&D. Den måler den varmestrøm, der produceres i en prøve, når den enten opvarmes, afkøles eller holdes isoterm ved en konstant temperatur.
DSC er en populær metode til at bestemme glasovergangen på grund af dens brugervenlighed og korte måletider.
En konventionel DSC dækker typisk målinger på op til 700 °C. Der kan dog også opnås gode resultater over 700 °C ved hjælp af en METTLER TOLEDO Thermogravimetric Analyzer/ Differential Scanning Calorimeter (TGA/DSC).
I eksemplet med polyvinylchlorid (PVC) er glasovergangstemperaturen og dens delta cp-værdi vist at være afhængig af graden af chlorering.
Standarder
En standard bruges til at give en sammenlignelig norm, der både er bredt anvendt og anerkendt. Dette sikrer, at testresultater i produktions- og testprocesser, der anvender den samme standard, er ensartet sammenlignelige. Standarder kan - hvor de er tilgængelige - erstatte metodevalidering i analyse, som er påkrævet for kvalitetssikring, akkreditering eller godkendelse. I dag udføres standardisering inden for termisk analyse af mange nationale og internationale organisationer, såsom ISO, ASTM, DIN og CEN.
Der findes mange standarder, der regulerer bestemmelse af glasovergang. Disse standarder er ISO 11359-2, ISO 11357-2, EN 6032, ASTM E1356 eller ASTM D3418 for blot at nævne nogle få.
Der kan bruges forskellige metoder til at evaluere glasovergangen ud fra DSC-varmeflowkurven. METTLER TOLEDOsSTARe -software understøtter følgende metoder:
- I henhold til DIN
- I henhold til ASTM
- I henhold til Richardson
- I henhold til ISO
Billedet nedenfor viser de forskellige evalueringsmetoder og deres resultater.
Tips og råd
For den mest almindelige teknik DSC: Målingen af kvantitative glasovergangsdata af god kvalitet er en udfordrende opgave for DSC. Ikke desto mindre er det en almindelig og nyttig teknik på grund af tilgængeligheden af DSC-instrumenter, enkel prøveforberedelse, relativt kort måletid, god nøjagtighed og nem evaluering ved hjælp af kommerciel software.
Tips og hints til at opnå gode data inkluderer:
- Stabiliser instrumentet før målingen
- Brug aldrig den første måling, efter at instrumentet er tændt.
- Kontrollér reproducerbarheden ved hjælp af gentagne målinger.
- Gennemsnitsberegning af forskellige målinger forbedrer nøjagtigheden
- Placer de rene digler nøjagtigt på sensoren
- Brug om muligt digler med kun en lille forskel i masse, <50 µg.
- Anbefalet: 40 µL digel; prøvemasse: 10 til 20 mg for organiske materialer
- Sørg for god termisk kontakt mellem prøven og diglen.
Applikationer
Relaterede produkter
Differential skanningskalorimetri (DSC)
DSC anvendes til måling af de entalpier, der er forbundet med overgange og kemiske reaktioner, samt til bestemmelse af temperaturen, hvorunder disse processer finder sted.
Termomekanisk analyse (TMA)
Termiske udvidelseskoefficienter bestemmes nøjagtigt af termomekaniske analysatorer med nanometeropløsning fra -150 til 1600 °C.
Dynamisk mekanisk analysator (DMA)
Bestem kraft- og forskydningsamplituder såvel som faseskift med den dynamiske mekaniske analysator.
OFTE STILLEDE SPØRGSMÅL
Hvilke hovedfaktorer påvirker glasovergangen?
Hærdnings-/tværbindingsgrad, blødgørere, krystallinitet og termisk historie påvirker glasovergangen.
Hvad er typiske resultater for glasovergang opnået fra DSC-varmestrømningskurven?
Glasovergangstemperatur, trinhøjde, som svarer til specifik varmekapacitet cp og bredden af glasovergangen.
Hvorfor er viden om glasovergangstemperaturen vigtig?
- Til bestemmelse af materialets maksimale anvendelsestemperatur
- Til justering af procesparametre, hvis materialet skal behandles i en bestemt tilstand
- Til bestemmelse af hærdningsgraden for termohærdende materialer
- Til bestemmelse af, om et materiale er krystallinsk, amorft eller halvkrystallinsk
Hvordan kan glasovergangen bestemmes over 700 °C?
Glasovergangen kan måles i et højt temperaturområde ved hjælp af en TGA/DSC.
Hvad er de mest følsomme termiske analyseteknikker til bestemmelse af glasovergang?
Følsomheden for glasovergang stiger i følgende rækkefølge: TGA/DSC, DSC, temperaturmoduleret DSC, TMA, Differential Load TMA (DLTMA) og endelig DMA. Dette skyldes størrelsesordenen af stigningen i den fysiske egenskab, der måles med den respektive teknik.