三種聚合物研究的省時技術
Kim Anderson | Alina Latshaw | Neil Demarse | Morgan Ulrich
February 28, 2023
節省研究聚合物的時間有許多好處,而且可以透過縮短操作員的訓練時間、提高研究的生產率,以及獲得準確又具有再現性的結果等不同方式達成。以下介紹三種技術(流變分析、TGA 與 DSC)的三種機會,為節省聚合物研究時間提供解決方案。
1. 將自動修邊技術導入流變學的工作流程中
聚合物熔融體流變學可用於鑑別分子結構,而分子結構會影響加工過程的品質,例如擠壓和成型零件的過程。根據製造過程的差異,材料可能會在不同的時間區段內經歷各種溫度和加工速度,因此儘早預測聚合物熔融體的行為來改善加工條件非常重要。完善的過程可能包括將聚合物在等溫條件下保持一段特定時間,或是升高溫度來增加流動性,使其流入模具。
聚合物熔融體流變學的常用配置為平行板夾具。不同於椎板夾具(常用於測試如油或液體等低黏度材料),使用平行板夾具時試樣內的速度梯度在外測邊緣處最大。這表示儀器與數據測得的扭矩可以代表邊緣的數值。為了取得準確且重複的結果,操作員需要不斷移除過多的試樣(稱為「修邊」)來防止邊緣效應。
自動修邊技術消除了許多因操作員失誤,以及多位操作員之間操作不一致而引起的變異來源。它可用於提高測量的一致性、重複性與準確度至 5 倍,同時增加 80% 的空出時間,並且將訓練新操作員的時間縮短至 30 分鐘內。
閱讀技術簡介 – 聚合物熔融體流變學的工作流程自動化:適用於流變儀的自動修邊配件
2. 利用 TGA 取代老化試驗機來測試聚合物的使用壽命
ANSI/ASTM 規範 D-2307 是一種常用於估算導線絕緣壽命的試驗方法。該過程中,在高溫下(高達 240 °C)將扭曲的絕緣導線放入加熱爐進行老化試驗(最多 50 天),直到發生崩潰電壓為止。
該過程雖然有用,但非常耗時,尤其是高度穩定的材料常需花費好幾個月的時間。隨著引進越來越多穩定的聚合物電絕緣材料,進行完整試驗的時間變得過長。
熱重分析 (TGA) 是一種偵測材料的重量變化如何隨溫度變化的分析,取代老化試驗機成為可行的方法。評估材料的總時間不到一天,再搭配 TGA 自動化,實際操作時間可能甚至比隔夜評估的時間還短。
閱讀完整的研究內容 – 以 TGA 分解動力學預估聚合物的使用壽命
3. 同步分析半結晶 PET 熱塑性塑膠
差示掃描量熱儀 (DSC) 技術是瞭解熱學性質與材料形態的關鍵工具。聚對苯二甲酸乙二酯 (Polyethylene terephthalate, PET) 是非常普遍的半結晶熱塑性聚合物的例子。影響 PET 材料性質的關鍵因素之一是結晶度百分比,可由熱加工條件來控制該數值。
同時,在相同條件下研究 PET 試樣,可以在相同條件下直接比較每個試樣,並且看出熱學性質變化所呈現的熱學歷程差異。同時測試多個試樣可能會提高研究生產率、減少測試次數,及提升實驗室的整體效率。
閱讀完整的研究內容 – 利用 X3 DSC 進行半結晶熱塑性分析
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其他資源
- Application Note – Polymer Melt Rheology Workflow Automation: Auto-Trim for Rheometers
- Application Note – Estimation of Polymer Lifetime by TGA Decomposition Kinetics
- Application Note – Semi-Crystalline Thermoplastic Analysis using an X3 DSC
- Product: Auto-Trim Accessory
- Technique – Rheology
- Application – Polymers