اندازه‌گیری بلورینگی پلیمرها توسط گرماسنج روبشی تفاضلی (2)
محورهای موضوعی : روش های پیشرفته شناسایی پلیمرها
1 - دانشگاه صنعتی سهند تبریز، پژوهشکده مواد پلیمری و دانشکده مهندسی پلیمر
کلید واژه: پلیمر, بلورینگی, گرماسنج روبشی تفاضلی, گرمای ذوب, خط پایه,
چکیده مقاله :
گرماسنج روبشی تفاضلی (DSC) به‌طور گسترده برای تعیین بلورینگی پلیمرهای نیمه‌بلورین به کار می‌رود. در مدل دوفازی از مقایسه آنتالپی یا گرمای ذوب اندازه‌گیری شده با گرمای ذوب پلیمر کاملاً بلورین، درجه بلورینگی نمونه تعیین می‌شود. گرمای ذوب نمونه پلیمری با اندازه‌گیری مساحت بین منحنی گرماگیر ذوب و خط پایه محاسبه می‌شود. در مسیر واقعی فرایند ذوب، خط پایه صحیح در واقع همان ظرفیت حرارتی پلیمر نیمه‌بلورین است که هم با افزایش دما و هم با تغییر بلورینگی تغییر می‌کند و تعیین آن دشوار است. از آنجا که آنتالپی کمیتی تابع حالت و مستقل از مسیر فرایند است، به جای مسیر اصلی فرایند که در آن افزایش دما و ذوب ماده پلیمری همزمان صورت می‌گیرد، می‌توان دو مسیر جایگزین طراحی کرد که محاسبه آنتالپی آن‌ها آسان‌تر است. در این مسیرهای جایگزین، که در این کار مورد بررسی قرار می‌گیرند، دو مرحله افزایش دما و ذوب از یکدیگر تفکیک می‌شوند. لذا فرض می‌شود که ابتدا در دمای ثابت، ذوب کامل پلیمر نیمه‌بلورین صورت گرفته و سپس دمای مذاب افزایش می‌یابد، یا ابتدا افزایش دمای پلیمر نیمه‌بلورین (بدون ذوب شدن) رخ داده و سپس ذوب آن در دمای ثابت صورت می‌گیرد. در نهایت تأثیر منطقه بین سطحی بلور-آمورف و وجود نقص در ساختار بلور، که در مدل دوفازی نادیده گرفته می‌شود، در مقدار آنتالپی ذوب و محاسبه بلورینگی مورد بررسی قرار می‌گیرد.
Differential scanning calorimetry (DSC) is widely used to determine the crystallinity of semicrystalline polymers. In the two-phase model, the measured heat of fusion is compared to the melting enthalpy of a completely crystalline polymer to get the crystallinity degree. Fusion heat of a polymeric sample is identified by area under the melting endotherm and a baseline. A correct baseline is heat capacity of the semicrystalline sample. It varies with both temperature and crystallinity and is difficult to evaluate. Enthalpy of a process is a state-function quantity and is independent of the process path. In polymer melting, temperature increase and fusion process occur simultaneously. This makes evaluation of the fusion heat challenging. Herein, alternative paths are supposed in which temperature increase and fusion process occur separately and sequentially. This leads to a convenient enthalpy evaluation. Two alternative paths can be defined: first, polymer melts at a constant temperature which is followed by temperature increase of the melt; second, polymer temperature increases without any change in crystallinity degree which is followed by polymer melting at a constant temperature. Lastly, an enthalpy deficiency due to the amorphous-crystalline interface and an excess enthalpy due to the defects present in crystalline regions are investigated how to affect the crystallinity.