DSC与DMA基础应用简介.ppt

DSC與DMA應用簡介,詞意說明:DSC:(DifferentialScanningCalorimetry)微差掃描卡計.是一種熱分析儀器.用來測量低分子的有機化合物、無機化合物、金屬等熔點、熔化熱及分解情形等.分析聚合體之Tg(玻璃轉變溫度)、Tm(熔點)、Td(分解溫度)、轉變熱、結晶情形及熱化情形.DMA:(DynamicMechanicalAnalyzer)動力學分析儀.利用DMA測得樣品於昇溫過程中對於施力大小的反應情形,從而得知材料的模數、粘度及尺寸變化等情形.,一般應用:DSC主要測試項目:1.熔點和沸點(Tm、Tb)2.玻璃轉化溫度(Tg)3.結晶時間和溫度4.結晶度5.反應熱和熔解熱6.比熱7.硬化速率及硬化程度.8.反應動力學9.純度,一般應用:DMA主要應用:1.制程評估上的應用.(制程模擬、制程確認)2.后硬化的影響.3.不同樹脂於制程中粘度變化的比較.4.不同纖維比較.5.尺寸變化的評估與量測.,DSC基本圖譜說明:1.反應最高溫度:,2.玻璃轉化溫度(Tg),3.熔點,一般DMA用在廠內織板測試時,通常可分為兩個部分其一是為了要得到樹脂於模擬製程溫度時的黏度變化情形,以從圖譜中判斷出樹脂於何種溫度何種時間下開始反應,又是否可反應完全.例如左圖即為模擬實際製程昇溫程式時的織板黏度變化情形.由於樹脂在剛開始升溫時,分子間開始運動造成黏度變小,一直到開始進行交聯反應,樹脂分子間快速形成網狀結構導致黏度急劇增加.本例中當時間進行約至7.6min時,黏度開始急劇上升,表示交聯反應開始進行,此時溫度約為137.8.反應持續劇烈進行至13.5min時而達一臨界點,之後由於溫度高於樹脂之玻璃轉化溫度,並大於交聯效應,表示已進入橡膠態區,因此可觀察到黏度(模數亦如此)緩慢降低.由此圖可判斷製程溫度設計與樹脂反應的搭配情形,作為製程溫度及適當風壓脈衝時間之設計依據.,DMA基本圖譜說明:,玻璃態區,轉移區,橡膠區,其二織板硬化後(或直接取複材,或其他任何高分子材料),即可採固定昇溫速率(如5/min)及施力以測試樣品在昇溫過程中的模數變化情形.此步驟中可獲得材料的儲存模數(StorageModulus)及損失模數(LossModulus).儲存模數可視為材料彈性特性及儲存能量之能力,為動態機械強度的指標,由此圖形及數據可觀察材料的加工特性,尺寸穩定性,老化效應,材料之剛性,固化程度等重要性質.可藉由判斷材料在低溫及高溫時的模數差距得到,一般若交聯反應完全,即材料網狀結構完整,則即使到了高溫仍能維持較高的模數及強度.而損失模數則為材料之黏彈特性,即消耗能量之能力,其波峰溫度一般亦可定義為玻璃轉移溫度.而損失模數的波峰面積可視為材料吸震能力的指標,損失模數越多即表示材料在面對外力作用時的吸收能力較好.,2019/12/12,10,可编辑,而將損失模數除上儲存模數即可得Tan-delta,此為材料的阻尼特性,即吸震能力的表現.另外,tandelta波峰的對稱性及完整性亦可作為材料是否均質的指標,亦即交聯程度與結晶性的判斷.若為非均質材料,由於不同成份的軟化點不同,將可能會出現不只一個的波峰,因此tandelta越完整即表示材料越均質,或反應的交狀況較均一.一般亦可將tandelta的波峰溫度定為材料的玻璃轉移溫度,目前廠內亦採用此溫度.而此曲線開始變化升高的onset溫度為分子間開始明顯鬆弛的起點,此溫度亦與交聯程度有關,當交聯程度較完全時,表示材料須加熱至更高的溫度才足以使分子作鬆弛運動.一般我們利用DMA判斷材料的玻璃轉化點,及判斷材料均質與否或交聯程度高低時,即會綜合上述三種圖形,而得到左邊的圖形.,DMA的應用一.DMA於製程評估上的應用1.製程模擬,以IS004為例,我們可先根據實際模具所量測出的昇溫曲線模擬出各階段的昇溫速率,而後取樣以DMA測試出製程中樹脂的黏度變化情形.可觀察到樹脂系統於8.2分鐘左右即膠化並開始劇烈反應,至13.3分鐘左右達一臨界點.本來製程為33分鐘,評估縮短時間的可行性時,另外試作了30,28,及25分鐘,可見到這些製程都落在模數持平的階段,表示反應已達到相當的程度,此時模具溫度約為165C.,之後我們再以DMA量測此四種製程下的玻璃轉化溫度,可以從圖上看出除了25分鐘製程外,其餘228,30,33分鐘的曲線之趨勢都相當吻合,尤其是tandelta曲線的部分,可看出25分鐘製程的onset點約在106.7C,而其餘三種製程都提高至116C左右,相差了幾乎有10C,表示25分鐘之製程尚無法得到相當高程度的轉化率,因此初步判斷製程時間可嘗試縮短至28分鐘.,2.製程確認,3.後硬化的影響,接續上述的實驗,我們也評估了後硬化(postcure)對樹脂系統的影響.模擬現場製程,亦將試片置入烘箱以150C烘烤2個小時進行postcure,之後再取出待冷卻後以DMA量測其玻璃轉化點圖形.由左圖中可以看到特別是25分鐘製程下的樣品,在上圖中尚未經後硬化步驟時,其tandelta曲線與另外三者差異相當大,但是於此圖中可看出,在後硬化過程之後,其tandelta曲線已有相當高程度的吻合,因此可看出postcure過程除了對物件有應力釋放的作用外,對樹脂交聯程度的再提昇確實有其作用.,根據相同的原理與方法,我們亦可利用DMA來評估不同樹脂系統於昇溫過程中的黏度變化狀況,一方面作為樹脂改質時的性質確認,即判斷膠化時間及玻璃轉移溫度的變動等是否符合理論依據,一方面也可藉由模擬實際製程溫度來觀察樹脂的黏度變化情形,及重新調整製程中風壓脈衝的時間點.,二、不同樹脂於製程中黏度變化的比較,除了對樹脂系統的各種測試外,我們亦可對不同纖維進行模數測試,目前做法為控制相同之樹脂系統,織板纖維方向與FAW,而僅更換不同的纖維,利用三點壓來得取硬化後織板在昇溫過程中的模數變化情況,由於織板中纖維是主要的剛性來源,因此在同樣樹脂系統含浸下,模數的表現主要來自於纖維,因此可確認不同纖維的物性差異.當然,利用此一想法亦可推廣至任何固體材料間的相互物性比較,前提是取樣時變因需控制在僅有材料不同,如此可得較準確的結果.,三、不同纖維之比較,除了模數變化或材料的熱性質之外,DMA對於物件的尺寸安定性亦是包含在量測功能中.例如OPP膠帶的收縮狀況,我們即利用拉伸治具,藉由控制位置來紀錄力量的變化情形.在昇溫過程中,OPP開始收縮時,支撐固定距離的力量將會變大,我們即依曲線變化狀況取得開始變化的onset點,視為OPP膠帶開始收縮的溫度.此