利用动态机械热分析表征共混聚合物混溶gydF4y2Ba

聚合物是一种流行的日常用品,许多工业材料gydF4y2Ba应用程序,使用迅速增加。然而,对于新聚合物开发和商业化的往往是一个漫长而昂贵的过程。gydF4y2Ba

来满足日益增长的需求特殊的力学性能,加工性能、热稳定性、或化学阻力,混合两种或两种以上的聚合物是一种简单,有效的方法来生产特制的材料属性的应用程序范围从家用产品到汽车,甚至航空组件。gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba

依赖的热力学性质不同的化学成分,混合聚合物在分子水平上具有阶段结构要么完全非混相(异构、相分离)或混相(同质,单相)。gydF4y2Ba

各种混合系统只有完全混合在一个有限的温度、浓度和压力范围和可以单独如果这些条件并不满意。同质和异质的存在和被视为部分混合组件。gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba

因为聚合物混合分类阶段结构,大多数表征方法等系统与玻璃化转变。gydF4y2Ba

单相,混相混合显示一个玻璃化转变温度TgydF4y2Ba_{g,混合gydF4y2Ba},通常是组件的玻璃化转变温度之间的混合。gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba这种关系可以解释为狐狸为无定形的混合方程(1)。gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba

(1)gydF4y2Ba

在狐狸方程,wgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba和wgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba表示重量分数而TgydF4y2Ba_{g, 1gydF4y2Ba}和TgydF4y2Ba_{g, 2gydF4y2Ba}表示独立组件的玻璃化转变温度。一个T的存在gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba共混聚合物系统不满足热力学溶混性的标准。gydF4y2Ba

尽管如此,一个T的存在gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba在文学中聚合物共混相是证据确凿的。gydF4y2Ba^{1 - 3gydF4y2Ba}

例如,聚碳酸酯(PC)是一种无定形的热塑性聚合物,具有杰出的高温和抗冲击性,透明度,和其他属性。这种聚合物的关键技术的缺点是灵敏度和较低的耐化学性。gydF4y2Ba

混合PC和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)改善这些缺点。然而,由于商用透明PC、PMMA等级的不混溶性在许多混合比率,透明度通常被视为一种不受欢迎的材料属性。gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba

熔体混合使用双螺杆混合者是一个流行的技术制备聚合物混合。gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba

根据所需的样本规模和吞吐量,各种实验室设备,像小型双螺杆挤出机等gydF4y2Ba热科学gydF4y2Ba^TMgydF4y2Ba过程11平行双螺杆挤出机gydF4y2Ba或者是gydF4y2Ba热科学HAAKEgydF4y2Ba^TMgydF4y2BaMiniLab 3 Micro-CompoundergydF4y2Ba,可对混合系统的发展。gydF4y2Ba

动态机械热分析(DMTA)提供了显著增加灵敏度确定聚合物的玻璃转换相比,替代热分析技术,如形变场分析(TMA)和差示扫描量热法(DSC)。gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba

本文评估各种二进制组件比率的影响PC / PMMA混合系统后续使用DMTA玻璃转换获得。这提供了洞察相结构。本文主要关注物理混合物;聚合物的化学混合物,如共聚物,不在本文的范围之内。gydF4y2Ba

欧洲杯足球竞彩材料和方法gydF4y2Ba

这次调查使用商用PC、PMMA成绩用于3 d打印应用程序。不同混合比例的这些材料准备,如表1所示。欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba

表1。gydF4y2Ba电脑的比率:PMMA混合系统用于这项研究。来源:热费希尔科学——材料和结构分析欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba

混合#gydF4y2Ba	PC / wt %gydF4y2Ba	PMMA / wt %gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba	60gydF4y2Ba	40gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba	50gydF4y2Ba	50gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba	40gydF4y2Ba	60gydF4y2Ba

整洁的组件的混合比PC在X wt %的组件PMMA在Y wt %将缩写为X: Y为本文的其余部分。gydF4y2Ba

保证两个组件的均匀混合,准备系统结合在一个两步过程。gydF4y2Ba

1. 机械混合机的使用gydF4y2Ba
2. 10 g的每一个共混聚合物被输入到桶HAAKE MiniLab 3 Micro-CompoundergydF4y2Ba

熔体混合进行260°C的温度和螺杆转速50 rpm。gydF4y2Ba

micro-compounder是提供两个压力传感器和一个旁通阀。保证均匀混合融化,聚合物混合融化涨跌互现不断利用回流毛细管关闭旁通阀。gydF4y2Ba

每个混合系统的停留时间是修改根据压差。gydF4y2Ba

一旦成为常数的区别或一个五分钟的停留时间是,旁通阀打开,融化被送往一个电热注入汽缸gydF4y2BaHAAKE MiniJet专业注塑机gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

这之后,酒吧的50 mm x 2毫米x 10毫米(长度宽度x厚度)。整洁的组件PC、PMMA参考样本注塑没有进一步挤压的步骤。gydF4y2Ba

模具的温度和圆柱,除了注入和保持压力和相应的时间,都是显示在表2。gydF4y2Ba

表2。gydF4y2Ba注塑参数PC、PMMA、PC: PMMA混合。来源:热费希尔科学——材料和结构分析欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba

PC: PMMA / wt %gydF4y2Ba	汽缸温度/°CgydF4y2Ba	模具温度/°CgydF4y2Ba	注射压力/酒吧gydF4y2Ba	注射时间/秒gydF4y2Ba	持有压力/酒吧gydF4y2Ba	保持时间/秒gydF4y2Ba
100:0gydF4y2Ba	260年gydF4y2Ba	80年gydF4y2Ba	600年gydF4y2Ba	5gydF4y2Ba	150年gydF4y2Ba	5gydF4y2Ba
比例gydF4y2Ba	260年gydF4y2Ba	70年gydF4y2Ba	600年gydF4y2Ba	5gydF4y2Ba	150年gydF4y2Ba	5gydF4y2Ba
50:50gydF4y2Ba	260年gydF4y2Ba	70年gydF4y2Ba	600年gydF4y2Ba	5gydF4y2Ba	150年gydF4y2Ba	5gydF4y2Ba
40:6 0gydF4y2Ba	260年gydF4y2Ba	70年gydF4y2Ba	600年gydF4y2Ba	5gydF4y2Ba	150年gydF4y2Ba	5gydF4y2Ba
0:100gydF4y2Ba	230年gydF4y2Ba	60gydF4y2Ba	600年gydF4y2Ba	5gydF4y2Ba	150年gydF4y2Ba	5gydF4y2Ba

动态机械热分析进行使用gydF4y2BaHAAKE火星gydF4y2Ba^TMgydF4y2Ba智商空气流变仪gydF4y2Ba提供一个温度模块(TM-CR-O450)。所有形变场测量进行固体夹具的使用。温度模块与夹具布置如图1所示。gydF4y2Ba

图1所示。gydF4y2Ba温度模块TM-CR-O450结合固体夹具。图片来源:热费希尔科学——材料和结构分析欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba

测试参数被选中作为一个振动变形幅度gydF4y2BaγgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba0.04%(粘弹性范围内的混合系统和他们的整洁的组件)和f(1)赫兹频率。温度斜坡变化从30°C到200°C,升温速率的2 K /分钟。gydF4y2Ba

补偿热膨胀,法向力控制流变仪的触发和维持恒定值0 n .图2显示的测量程序gydF4y2BaHAAKE RheoWingydF4y2Ba^TMgydF4y2Ba流变仪控制软件gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

图2。gydF4y2Ba测量常规HAAKE RheoWin软件。图片来源:热费希尔科学——材料和结构分析欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba

结果与讨论gydF4y2Ba

评估形变场特性在温度变化很大的环境中gydF4y2Ba

材料的形变场属性可能被施加正弦力评估或偏转固体样品,同时改变了实验温度。众多不同的物理状态的非晶态聚合物经历温度升高通过扭转DMTA显示在图3。gydF4y2Ba

图3。gydF4y2Ba热法的非晶态聚合物及其各种物理状态和增加温度根据[7]。图片来源:热费希尔科学——材料和结构分析欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba

聚合物链变得越来越移动自由体积随着温度升高。gydF4y2Ba

超越一个特定的温度,聚合物材料具有相变的呆板和僵化的玻璃态转化成为一个灵活的橡胶态欧洲杯足球竞彩之前进入液体流动。观察储能模量G”作为温度的函数提供了一个机会来区分不同的聚合物进行物理状态。gydF4y2Ba

开始从一个相对稳定的存储模量~ 10gydF4y2Ba^9gydF4y2BaPa在玻璃态聚合物越来越坚韧,因为它开始其玻璃化转变。在玻璃化转变温度之外,~ 10的范围内gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba爸爸,一个非晶态聚合物进入其橡胶高原地区和显示与一个弹性体的弹性行为。gydF4y2Ba

聚合物仍然显示橡胶属性在更高的温度下也倾向于流和输入其橡胶流机制。这个物理状态后,聚合物像液体一样流动。gydF4y2Ba^7gydF4y2Ba

各种机械性能成为明显的,这取决于测试中的组件材料。储能模量的依赖在掺合比PC:增大如图4所示。gydF4y2Ba

图4。gydF4y2Ba储能模量G的PC: PMMA混合系统与混合配给比例,50:50 40:6 0以及他们整洁的组件。图片来源:热费希尔科学——材料和结构分析欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba

所有测试材料显示存储模欧洲杯足球竞彩量~ 10的范围gydF4y2Ba^9gydF4y2Ba在80°C,这表明他们在玻璃区域。gydF4y2Ba

大约在115°C,个人电脑开始软化并进入其玻璃化转变。对混纺PC含量持续下降,玻璃化转变的开始大幅转向更低的温度。减少电脑内容不到60 wt. %将减少合成混合在玻璃的强度。gydF4y2Ba

然而,添加PMMA PC扩大范围所有混合系统的过渡。最后混合应用程序,必须考虑这种影响。gydF4y2Ba

40:6 0,除了50:50混合系统,展示一个不太稳定的过渡,表明部分混合性,可以更有效地分析利用损耗系数tan(δ)或损耗模量G”。gydF4y2Ba

在温度超过130°C,混合系统表现出类似橡胶高原/流态,如简洁的PMMA,而比例成分更接近于PC在橡胶态的性质。gydF4y2Ba

描述聚合物共混的混溶的玻璃化转变gydF4y2Ba

聚合物的玻璃化转变不是发生在一个特定的温度,但在特定的温度范围。各种评价方法,如G的最大“或棕褐色(δ),可以用来找到一个单一的参考价值(TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba玻璃化转变)作为指标。gydF4y2Ba

进一步的信息可以找到关于DMTA测量的评价。gydF4y2Ba^7gydF4y2Ba最大的棕褐色(δ)玻璃化转变评价技术为这一研究被选中。gydF4y2Ba

图5。gydF4y2Ba损耗因子tan(δ)的PC: PMMA混合系统与混合配给比例,50:50和40:6 0以及他们整洁的组件。图片来源:热费希尔科学——材料和结构分析欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba

以来最大的棕褐色(δ)PMMA组件40:6 0和50:50的比例不能充分确定,这个最大的转折点是用来近似。获得值TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba如表3所示。gydF4y2Ba

表3。gydF4y2Ba获得的玻璃化转变温度为整洁的PC和整洁的PMMA组件以及它们各自的混合系统。来源:热费希尔科学——材料和结构分析欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba

PC: PMMA / wt %gydF4y2Ba	TgydF4y2Bag,电脑gydF4y2Ba/°CgydF4y2Ba	TgydF4y2Bag, PMMAgydF4y2Ba/°CgydF4y2Ba
100:0gydF4y2Ba	138年gydF4y2Ba	- - - - - -gydF4y2Ba
比例gydF4y2Ba	127年gydF4y2Ba
50:50gydF4y2Ba	129年gydF4y2Ba	110年gydF4y2Ba
40:6 0gydF4y2Ba	128年gydF4y2Ba	110年gydF4y2Ba
0:100gydF4y2Ba	- - - - - -gydF4y2Ba	112年gydF4y2Ba

当结合两种不同的聚合物获得二进制混合,混溶的溶解度取决于分散相矩阵内的组件。gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba

一个玻璃化转变温度可能会发现一个令人满意的溶解度,因此,潜在的溶混性的两个组件。这个温度是位于两个简洁的玻璃化转变温度之间的组件。gydF4y2Ba

如果一个二进制混合有两个玻璃化转变温度的发病率等于整洁的组件,被视为非混相混合。然而,如果玻璃化转变温度朝着对方但不完全合并成一个单一的温度,组件是可溶在某种程度上和混合系统可以考虑部分混相。gydF4y2Ba

PC: PMMA混合系统检查,PMMA组件的玻璃化转变温度为40:6 0和50:50混合比例不确定为最高,而是作为一个肩膀范围内的TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba整洁的PMMA。gydF4y2Ba

然而,TgydF4y2Ba_ggydF4y2BaPC: PMMA混合组件可以找到所有比率。gydF4y2Ba

减少了PMMA内容从60 wt % 50 wt %,肩膀变得不那么突出,但T的拐点作为衡量gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba仍然是大约110°C,这是典型的不混溶性。gydF4y2Ba

PC: PMMA的比例混合比例展品在tan(δ)和一个最大似乎完全混相。一个可能的解释可能是,PMMA在PC: PMMA混合系统仅仅是混相到一个特定的饱和浓度。gydF4y2Ba

正如前面讨论的,聚合物共混相跟着狐狸方程(1)。关于比例混合系统,理论上的玻璃化转变温度为126°C。这是相对接近127°C的观察实验。gydF4y2Ba

微观分析使用透射电子显微镜(TEM)可以用作最后的溶混性的证据。gydF4y2Ba

混溶聚合物共混的并不总是可取的属性。非混相的相结构,混合组件的所有特征属性留下来,但与中间混相混合的特点是整洁的组件的属性。gydF4y2Ba

非混相结构往往是弱在聚合物之间的界面边界组件。这意味着特定的属性,如机械强度,明显可能是有限的。gydF4y2Ba

反应挤出或compatibilization可能提高界面强度的混合系统通过产生物理或化学相间混合伙伴之间的连接。gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba

除了提高力学性能,光学性能可以改善,以及其他因素。PC: PMMA混合系统,观察到的不透明度为商用透明PC和PMMA的成绩最多混合比率可能克服利用反应挤出。gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

在这篇文章中,混溶的聚合物混合系统解释和DMTA形变场扫描方法混溶。gydF4y2Ba

与行业标准进行比较,PC: PMMA混合不同比例混合通过熔体混合,混合和形变场所需标本分析使用注塑生产。gydF4y2Ba

储能模量G”提出了区分各种物理状态聚合物经历与气温上升。gydF4y2Ba

最后,谭的最大损失和形状因子(gydF4y2BaδgydF4y2Ba)曲线被形容为一个评估技术的玻璃化转变温度特征描述混溶。狐狸方程被用来证明混合性比例PC: PMMA混合比例。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

从材料最初由菲利普·布鲁斯从欧洲杯足球竞彩热费希尔科学卡尔斯鲁厄的德国。gydF4y2Ba

引用和进一步阅读gydF4y2Ba

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6. Menard, k -动态力学分析一个实际的介绍- 2gydF4y2Ba^ndgydF4y2Ba版(2008)gydF4y2Ba
7. Menczel, J。D ' R。b -聚合物的热分析基础与应用- 1gydF4y2Ba^圣gydF4y2Ba版(2009)gydF4y2Ba
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这些信息已经采购,审核并改编自热费希尔科学所提供的材料,材料和结构分析。欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba

在这个来源的更多信息,请访问gydF4y2Ba热费希尔科学——材料和结构分析。欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba