ANALIZA TERMICZNA

Analiza termiczna to kilka metod pomiarowych służących do śledzenia zmian właściwości chemicznych i fizycznych materiałów w wyniku zmiany temperatury w funkcji czasu. W analizie termicznej wyróżnia się metody bezpośrednie lub pośrednie. Do najpopularniejszych technik pomiarowych należą: termograwimetria (TGA), skaningowa kalorymetria różnicowa (DSC), termodylatometria (TD) i inne.
Analizę termiczną wykorzystuje się w wielu laboratoriach badawczych i przemysłowych. Szeroko stosowana jest w metaloznawstwie do opracowania wykresów fazowych, które służą doborowi odpowiedniej obróbki cieplnej. Te techniki pomiarowe wykorzystuje się również w laboratoriach badawczych i jakościowych zajmujących się polimerami – analiza zmian usieciowania polimerów. Również przemysł ceramiczny, budowlany, farb i lakierów, farmaceutyczny,  a nawet górniczy i geologia korzystają z analizy termicznej. Obecnie coraz częściej stosuje się te techniki w gospodarce odpadami do określania właściwości biomasy pochodzącej z różnych źródeł, do doboru odpowiedniego sposobu utylizacji i recyklingu zużytych tworzyw sztucznych i innych związków polimerowych.

RÓŻNICOWE KALORYMETRY SKANINGOWE

DSC7000 – najnowsza seria różnicowych kalorymetrów skanujących – DSC. Najwyższa czułość, stabilność linii bazowej i wydajność kontroli temperatury. Dzięki bogatemu asortymentowi opcji dodatkowych ma wszechstronne możliwości rozbudowy w celu realizacji automatycznego pomiaru, pomiaru reakcji fotochemicznej oraz obserwacji próbki. Jest najbardziej odpowiedni do pomiaru topnienia, zeszklenia, krystalizacji, utwardzania, specyficznych pomiarów pojemności cieplnej i analizy czystości bardzo małej ilości próbek w dziedzinach takich jak materiały polimerowe, materiały nieorganiczne, produkty farmaceutyczne i żywność.

ANALIZATOR TERMOGRAWIMETRYCZNY NEXTA

Jednoczesny analizator termograwimetrczny NEXTA. Nowo wprowadzona technologia kontroli równowagi zapewnia stabilność i powtarzalność na poziomie mikrogramów, a także nasz wysoko oceniany cyfrowy system podwójnej równowagi. Seria NEXTA STA ma następujące funkcje; Technologia kontroli wysokiej temperatury, która obsługuje różne programy temperaturowe Dostępny pomiar DSC, udostępnia konkretne pomiary pojemności cieplnej Obserwacja i pomiar próbek, pionierska kluczowa funkcja Hitachi Obejmuje nowo zaprojektowane kanały przepływu do wymiany gazu na wysokim poziomie Oprócz konwencjonalnych zastosowań seria NEXTA STA pokazuje swoją wytrzymałość w analizach, takich jak ilościowe oznaczanie składników zaawansowanych materiałów, materiałów kompozytowych i śladowych ilości wilgoci.

ANALIZATOR TERMOGRAWIMETRYCZNY STA7000

Jednoczesny termograwimetryczny analizator serii STA7000 zapewnia jednoczesny pomiar zarówno TG, jak i DTA / DSC w szerokim zakresie temperatur. Pozioma dwuwiązkowa konstrukcja zapewnia bardzo dokładne i precyzyjne dane, umożliwiając wykrycie zmiany masy na poziomie gramów w mikrogramach.

ANALIZATOR TERMOMECHANICZNY TMA7000

Analizator termomechaniczny Hitachi TMA7000 podwoił swoją czułość w porównaniu z naszym modelem konwencjonalnym. Mierzy szeroki zakres próbek, w tym cienkie filmy i małe próbki, ponieważ wykorzystuje metodę całkowitego rozszerzenia i nie ogranicza kształtów próbek. Przełączanie trybów pomiędzy popychaniem, penetracją i napięciem odbywa się po prostu poprzez wymianę sondy. Szeroki zakres opcji, takich jak automatyczna jednostka chłodząca, zapewnia łatwość użycia i bardzo dokładny pomiar.

DYNAMICZNY ANALIZATOR TERMOMECHANICZNY DMA7100

Dzięki wyjątkowej ogólnej wydajności i przyjaznej dla użytkownika konstrukcji DMA7100 jest idealny do zastosowań rutynowych i badań na wysokim poziomie. Przewodnik nawigacyjny w oprogramowaniu i intuicyjny sposób mocowania próbek umożliwiają łatwą obsługę.

OPROGRAMOWANIE NEXTA

Oprogramowanie dla NEXTA zawiera funkcję prowadzenia w celu uproszczenia różnych rodzajów pomiarów w oparciu o standardowe metody oraz nowy tryb pomiaru, który jest bardzo łatwy w użyciu, nawet dla początkujących. Dodano nowe funkcje w celu uproszczenia obsługi przyrządu dla użytkowników, którzy dopiero rozpoczynają analizę termiczną, a istniejące możliwości zostały zachowane dla doświadczonych użytkowników.

Analiza Termiczna - Normy ISO

ISO 11357-1   Tworzywa sztuczne – Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) – Część 1: Zasady ogólne

W ISO 11357 podano kilka metod, w których wykorzystuje się różnicową kalorymetrię skaningową (DSC), dotyczących analizy termicznej polimerów i mieszanin polimerowych, takich jak:
– tworzywa termoplastyczne (polimery, kompozycje do formowania i inne materiały do formowania, z napełniaczami lub bez napełniaczy, włóknami lub dodatkami wzmacniającymi),
– tworzywa termoutwardzalne (nieutwardzone i utwardzone materiały, z napełniaczami lub bez napełniaczy, włóknami lub dodatkami wzmacniającymi) oraz
– elastomery (z napełniaczami lub bez napełniaczy, włóknami lub dodatkami wzmacniającymi).
ISO 11357 zaakceptowano do obserwacji i pomiaru różnych właściwości i zjawisk dotyczących wyżej wymienionych tworzyw, takich jak:
– przemiany fizyczne (przemiany szkliste, przejścia fazowe, takie jak: topnienie i krystalizacja, przemiany polimorficzne, itp.)
– reakcje chemiczne (polimeryzacja, sieciowanie i utwardzanie elastomerów i tworzyw termoutwardzalnych, itp.),
– odporność na utlenianie (stabilność oksydacyjna) i
– pojemność cieplna
W niniejszej części ISO 11357 podano szereg ogólnych aspektów dotyczących różnicowej kalorymetrii skaningowej, takich jak: zasada oznaczania i aparatura, przygotowanie próbek, kalibracja oraz ogólne aspekty sposobu postępowania i raportu badania, wspólne dla wszystkich kolejnych części.
Szczegóły dotyczące wykonywania badań określonymi metodami podano w poszczególnych częściach ISO 11357 (patrz Przedmowa).

ISO 11357-2   Tworzywa sztuczne – Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) – Część 2: Wyznaczanie temperatury zeszklenia i stopnia przejścia w stan szklisty

Norma opisuje metody wyznaczania temperatury zeszklenia oraz stopnia przejścia w stan szklisty amorficznych i częściowo krystalicznych tworzyw sztucznych.

ISO 11357-3   Tworzywa sztuczne – Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) – Część 3: Oznaczanie temperatury oraz entalpii topnienia i krystalizacji

W normie  podano metodę oznaczania temperatury oraz entalpii topnienia i krystalizacji krystalicznych lub częściowo krystalicznych tworzyw sztucznych.

ISO 11357-4   Tworzywa sztuczne – Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) – Część 4: Oznaczanie ciepła właściwego

W niniejszej części ISO 11357 określono metody oznaczania ciepła właściwego tworzyw sztucznych metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej

ISO 11357-5   Tworzywa sztuczne – Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) – Część 5: Wyznaczanie charakterystycznych temperatur i czasów reakcji, entalpii reakcji i stopnia przemiany

W niniejszej części ISO 11357 podano metodę wyznaczania temperatur, czasów i entalpii reakcji oraz stopnia konwersji z wykorzystaniem różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC).
Metodę stosuje się do monomerów, prepolimerów i polimerów w postaci stałej lub ciekłej. Tworzywo może zawierać napełniacze i/lub inicjatory w postaci stałej lub ciekłej.

ISO 11357-6   Tworzywa sztuczne – Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) – Część 6: Oznaczanie czasu indukcji utleniania (OIT izotermiczny) oraz temperatury indukcji utleniania (OIT dynamiczny)

W niniejszym dokumencie określono metody oznaczania czasu indukcji utleniania (OIT izotermiczny) oraz temperatury indukcji utleniania (OIT dynamiczny) materiałów polimerowych metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC). Metodę stosuje się do badania tworzyw poliolefinowych, stabilizowanych w masie lub w postaci domieszek, zarówno do surowców, jak i wyrobów gotowych. Metodę można stosować również do innych tworzyw sztucznych.

ISO 11357-7 Tworzywa sztuczne – Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) – część 7: Oznaczanie kinetyki krystalizacji

W niniejszej części ISO 11357 przedstawiono dwie metody, izotermiczną i nie-izotermiczną, badania kinetyki krystalizacji polimerów częściowo krystalicznych przy zastosowaniu różnicowej kalorymetrii skaningowej. Są one przydatne tylko do polimerów w stanie stopionym.
UWAGA! Metody te nie są odpowiednie, jeżeli podczas badania jest modyfikowana struktura molekularna polimeru.

ISO 11358-1 Tworzywa sztuczne – Termograwimetria (TG) polimerów – Część 1: Zasady ogólne

W niniejszej części ISO 11358 podano ogólne warunki analizy polimerów w postaci ciekłej i stałej metodą analizy termograwimeterycznej. Tworzywa stałe mogą być w postaci granulek, ziaren lub proszków. Tą metodą można także analizować wyroby gotowe, po zmniejszeniu ich wymiarów do odpowiedniego wymiaru próbki do badań.
Grawimetrię można stosować do oznaczania temperatury i szybkości rozkładu polimerów oraz do pomiaru, w tym samym czasie, zawartości substancji lotnych, dodatków i/lub napełniaczy.
Pomiary termograwimetryczne można wykonywać w trybie dynamicznym (zmiana masy w funkcji temperatury lub czasu w zaprogramowanych warunkach) lub w trybie izotermicznym (zmiana masy w funkcji czasu w stałej temperaturze).
Pomiary termograwimetryczne można prowadzić w różnych atmosferach badawczych, np. w celu odróżnienia rozkładu w atmosferze obojętnej od degradacji w wyniku utleniania.

ISO 11358-2 Tworzywa sztuczne – Termograwimetria (TG) polimerów – Część 2: Oznaczanie Energii Aktywacji

ISO 11358-2:2014 określa metodę oznaczania energii aktywacji EA, w formule Arrhenius dla rozkładu polimerów przy użyciu techniki termograwimetrycznej. Metoda ta ma zastosowanie tylko wtedy, gdy reakcja przebiega za pomocą jednego mechanizmu. Ma zastosowanie do reakcji wieloetapowych, jeżeli składają się one z wyraźnie oddzielonych etapów jednoetapowych.

ISO 11359-1 Tworzywa sztuczne – Analiza termomechaniczna (TMA) – Część 1: Zasady ogólne

Norma ta specyfikuje podstawowe parametry analizy termomechanicznej dla materiałów termoplastycznych i termoutwardzalnych, wypełnionych lub niewypełnionych, w postaci arkuszy lub części formowanych.

ISO 11359-2 Tworzywa sztuczne – Analiza termomechaniczna (TMA) – Część 2: Wyznaczanie współczynnika liniowej rozszerzalności cieplnej i temperatury zeszklenia.

Norma ta określa metodę badania, wykorzystującą termodylatometrię, do wyznaczania współczynnika liniowej rozszerzalności cieplnej tworzyw sztucznych w stanie stałym metodą analizy termomechanicznej (TMA). Określa ona również oznaczanie temperatury zeszklenia za pomocą tej samej techniki TMA.
UWAGA! Współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej można mierzyć za pomocą różnych typów aparatów do termodylatometrii.

ISO 11359-3 Tworzywa sztuczne – Analiza termomechaniczna (TMA) – Część 3: Wyznaczanie temperatury penetracji

W tej części ISO 11359 określono metodę wyznaczania temperatury penetracji tworzyw termoplastycznych za pomocą analizy termomechanicznej.

ISO 11409 Tworzywa sztuczne – Żywice fenolowe – Oznaczanie ciepła i temperatury reakcji metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC)

Opisano metodę stosowaną do żywic fenolowych, wykazujących właściwości egzotermiczne, takich jak: rezole lub mieszaniny nowololaków z heksametylenotetraminą lub innymi czynnikami, polegającą na pomiarze strumienia ciepła dostarczonego do badanej próbki w funkcji czasu lub temperatury, gdy badana próbka podlega zaprogramowanym zmianom temperatury w określonej atmosferze.

ISO 9924-1 Guma i wyroby z gumy – Oznaczanie składu wulkanizatorów i nieutwardzonych związków metoda termograwimetrii (TGA) – Część 1: Butadien, kopolimer etylenowo-propylenowy i terpolimer, izobuten-izopropen, kauczuki izoprenowe i styrenowo-butadienowe

Ta część ISO 9924 określa metodę termograwimetryczną (TGA) do oznaczania całkowitej zawartości organicznej, zawartości sadzy i popiołu w wulkanizatach i związkach nieutwardzonych. Utrata masy w 300°C jest przybliżoną wskazówką dotyczącą zawartości substancji lotnych w związku.

ISO 9924-2 Guma i wyroby z gumy – Oznaczanie składu wulkanizatorów i nieutwardzonych związków metoda termograwimetrii (TGA) – Część 2: Kauczuki akrylonitrylowo-butadienowe i halobutylowe.

Norma ta określa termograwimetryczną (TGA) metodę oznaczania całkowitej zawartości organicznej, zawartości sadzy, pozostałości węglowej i popiołu w wulkanizatach i nieutwardzonych związkach zawierających polimery, które tworzą osad węglowy podczas pirolizy.

ISO 9924-3 Guma i wyroby z gumy – Oznaczanie składu wulkanizatorów i nieutwardzonych związków metoda termograwimetrii (TGA) – Część 3: Kauczuki węglowodorowe, kauczuki chlorowcowane i kauczuki polisiloksanowe po ekstrakcji.

 Norma ta określa metodę termograwimetryczną (TGA) do oznaczania głównych składników mieszanek gumowych, takich jak elastomer(y), sadza i wypełniacz mineralny, ustala „odcisk palca” badanego materiału. Jednak wynik nie zawsze dokładnie odpowiada teoretycznej formule gumy. Metoda ta ma zastosowanie do kauczuków surowych lub mieszanych, wulkanizowanych i niewulkanizowanych, po wstępnej ekstrakcji. Ta metoda ma zastosowanie do kauczuków ze szkieletami węglowodorowymi (NR, BR, SBR, IIR, EPDM, ACM, AEM itp.) stosowanych samodzielnie lub w mieszaninach. W przypadku mieszanin zawartość polimeru odpowiada całości kauczuku i zwykle nie jest możliwa identyfikacja poszczególnych polimerów. Metodę tę stosuje się do kauczuków z halogenowanymi łańcuchami węglowodorowymi (CR, CSM, FKM, CM, CO, ECO itp.) lub zawierającymi azot (NBR, HNBR, NBR/PVC itp.) oraz ich mieszanin. Jednak kauczuki te często tworzą pozostałości węglowe, które przeszkadzają w analizie. Zastosowanie odpowiedniej procedury minimalizuje te zakłócenia. Ta metoda dotyczy również kauczuków ze szkieletem polisiloksanowym (VMQ itp.) oraz kauczuków niewymienionych powyżej

ISO 18373-1 Sztywne rury PVC – Metoda różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) – Część 1: Pomiar temperatury przetwarzania

Norma ta określa metodę wyznaczania temperatury przetwarzana próbek rur ze sztywnego PVC. Metoda opiera się na pomiarze historii termicznej za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) i jest odpowiednia dla wszystkich typów sztywnych rur PVC.

ISO 18373-2 Sztywne rury PVC – Metoda różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) – Część 2: Pomiar entalpii topnienia krystalitów

Norma ta określa metodę wyznaczania entalpii topnienia krystalitów w próbkach rur ze sztywnego PVC. Metoda opiera się na pomiarze historii termicznej za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) i jest odpowiednia dla wszystkich typów sztywnych rur PVC.

ISO 21870 Składniki mieszanek gumy – Sadza – Wyznaczanie strat wysokotemperaturowych podczas ogrzewania metodą termograwimetrii (TGA)

Norma ISO 21870 opisuje metodę ilościowego określania straty przy ogrzewaniu (pirolizie) sadzy w wyniku eliminacji lotnych materiałów innych niż uwalniane podczas ogrzewania do 125°C (ISO 1126). Metoda ma zastosowanie do sadzy w przemyśle gumowym.

ISO 22768 Surowa guma i lateks gumowy – Oznaczanie temperatury zeszklenia metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC)

W dokumencie tym określono metodę wykorzystującą różnicowy kalorymetr skaningowy (DSC) do określenia temperatury zeszklenia surowej gumy i lateksu gumowego.

ISO 6721-1 Tworzywa sztuczne – Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych – Część 1: Zasady ogólne

Poszczególne części ISO 6721 określają metody wyznaczania dynamicznych właściwości mechanicznych sztywnych tworzyw sztucznych w zakresie liniowego zachowania lepkosprężystego. W niniejszym dokumencie określono definicje i opisano ogólne zasady, w tym wszystkie aspekty wspólne dla poszczególnych metod badawczych opisanych w kolejnych częściach.

 ISO 6721-4 Tworzywa sztuczne – Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych – Część 4: Drgania rozciągające – Metoda bezrezonansowa

W niniejszym dokumencie opisano wymuszoną, nierezonansową metodę wyznaczania składowych zespolonego modułu sprężystości przy rozciąganiu E* polimerów przy częstotliwościach typowo w zakresie 0,01Hz do 100Hz.
UWAGA! Można wykonywać pomiary w wyższych częstotliwościach, ale mogą wystąpić znaczące błędy w mierzonych właściwościach dynamicznych (patrz 10.2.2 i 10.2.3).

Metoda nadaje się do pomiaru dynamicznych modułów pamięci w zakresie od 0,01GPa do 5GPa. Chociaż można badać materiały o modułach spoza tego zakresu, w celu uzyskania większej dokładności należy zastosować alternatywne formy odkształcenia [tj. mod ścinania dla G’<0,01GPa (patrz ISO 6721-6) i mod zginania dla E’>5GPa (patrz ISO 6721-3 lub ISO 6721-5)].

Metoda ta jest szczególnie odpowiednia dla pomiaru współczynników strat i dlatego może być dogodnie stosowana do badania zmian właściwości dynamicznych w zależności od temperatury i częstotliwości w większości obszarów relaksacji gumy szklanej (patrz ISO 6721-1). Dostępność danych określonych w szerokim zakresie zarówno częstotliwości, jak i temperatury umożliwia tworzenie wykresów wzorcowych przy użyciu procedur przesunięcia częstotliwości i temperatury, które wykazują właściwości dynamiczne w rozszerzonym zakresie częstotliwości w różnych temperaturach.

ISO 6721-5 Tworzywa sztuczne – Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych – Część 5: Drgania zginające – Metoda bezrezonansowa

W tym dokumencie opisano metodę bezrezonansową przy zginaniu, służącą do określania składowych zespolonego modułu sprężystości przy zginaniu Ef* polimerów przy częstotliwościach typowo w zakresie 0,01Hz do 100Hz. Można wykonywać pomiary z wyższą częstotliwością, ale prawdopodobne jest wystąpienie znacznych błędów w mierzonych właściwościach dynamicznych (patrz 10.2.2 i 10.2.3). Metoda nadaje się do pomiaru dynamicznych modułów pamięci w zakresie od 10MPa do 200GPa.

Metoda ta jest szczególnie odpowiednia do pomiaru współczynników strat większych niż 0,02 i dlatego może być dogodnie stosowana do badania zmian właściwości dynamicznych wraz z temperaturą i częstotliwością w większości obszaru relaksacji gumy szklanej (patrz ISO 6721-1).

ISO 6721-6 Tworzywa sztuczne – Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych – Część 6: Drgania poprzeczne – Metoda bezrezonansowa

Dokument ten opisuje wymuszoną, nierezonansową metodę wyznaczania składowych zespolonego modułu ścinania G* polimerów przy częstotliwościach typowych w zakresie 0,01Hz do 100Hz. Można wykonywać pomiary z wyższą częstotliwością, ale prawdopodobne jest wystąpienie znacznych błędów w mierzonych właściwościach dynamicznych (patrz 10.2.2 i 10.2.3). Metoda nadaje się do pomiaru dynamicznych modułów pamięci w zakresie od 0,1MPa do 50MPa.
UWAGA! Chociaż można badać materiały o modułach większych niż 50MPa, dokładniejsze pomiary ich właściwości przy ścinaniu dynamicznym można przeprowadzić przy użyciu trybu odkształcenia skrętnego (patrz ISO 6721-2 i ISO 6721-7).

ISO 6721-12 Tworzywa sztuczne – Oznaczanie dynamicznych właściwości mechanicznych – Część 12: Drgania ściskające – Metoda bezrezonansowa

Norma ta opisuje bezrezonansową metodę wibracji ściskających do wyznaczania składowych zespolonego modułu ściskania E* polimerów przy częstotliwościach typowych w zakresie od 0,01Hz do 100Hz. Metoda jest odpowiednia do pomiaru dynamicznych modułów pamięci półsztywnych polimerów w zakresie od 1MPa do 1 GPa.

Analiza Termiczna - Standardy JIS

JIS K 0129 Ogólne zasady analizy termicznej (TA)

JIS K 7120 Metody badań tworzyw sztucznych techniką termograwimetrii (TGA)

JIS K 7121 Metody analizy temperatur przejścia tworzyw sztucznych

JIS K 7122 Metody badań termicznych przemian tworzyw sztucznych

JIS K 7123 Metody badania określonej pojemności cieplnej tworzyw sztucznych

JIS K 7196 Metoda badania temperatury mięknienia folii i arkuszy z tworzyw termoplastycznych metodą analizy termomechanicznej (TMA)

JIS K 7197 Metoda badania współczynnika liniowej rozszerzalności cieplnej tworzyw sztucznych techniką analizy termomechanicznej (TMA)

JIS K 6226-1 Guma i wyroby gumowe – Oznaczanie składu wulkanizatów i nieutwardzonych związków metodą termograwimetrii (TGA) – Część 1: Butadien, kopolimer etylenowo-propylenowy i terpolimer, izobuten-izopren, izopren i kauczuki styrenowo-butadienowe.