Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Термический анализ (теория и практика). Учебное пособие
.pdf
41
Результаты совмещенного термического и масс-
спектрометрического анализа фарфорового сырца
Таблица 3
Данные Испарение
влаги
Изменение
массы, %
Температурный интервал,
о
С
Тепловой эффект, Дж/г
Массовые
числа
Выгорание
органического связующего
Деградация
каолина
Твердофазный
переход
Лабораторная работа № 7.
Термический анализ стекловолокна
Приборы и материалы: прибор синхронного термическо-
го анализа STA 449 F3, Jupter, фирмы NETZSCH для проведения
ДСК/ТГА (дифференциально-сканирующей калориметрии/термогравиметрии); образцы стекловолокна (волокно можно
намотать на небольшой стержень, затем спираль из волокна снимается со стержня и помещается в тигель).
Ход работы
Стекловолокно часто используется для теплоизоляции зданий и отопительных трубопроводов. На рисунке приведены три
стадии потери массы до температуры приблизительно 600 °C, которые обусловлены испарением влаги и выгоранием органического связующего. Ступенька ДСК сигнала при 72 8 °C соответствует процессу стеклования (увеличение удельной теплоемкости
на 0,41 Дж/[г·K]).
Экзотермический ДСК пик при 950 °C с теплотой в
-287 Дж/г соответствует кристаллизации; эндотермические эффекты между ~1050 и 1250 °C с теплотой 549 Дж/г обозначают
42
плавление (табл. 1). Незначительная потеря массы при температуре выше 700 °C наиболее вероятно обусловлена окислением и
испарением примесей.
Рисунок. Термограмма стекловолокна
Таблица 1
Результаты термического анализа стекловолокна
Данные Испарение
влаги
Изменение
массы, %
Температурный интервал,
о
С
Теплота, Дж/г - 783 287 549
-0,27 -1,15 +
30-200 200-400
Выгорание
органического связующего
+ (-3,16)
400-600
Кристаллизация
0 0
900-1000 1050-1250
Плавление
1. Произвести термический анализ образца стекловолокна
по температурной программе табл. 2, в корундовом тигле.
43
2. Отметить ступени испарения летучих компонентов, пи-
ролиза пластификатора, горения технического углерода .
3. Заполнить табл. 3 полученными результатами по приме-
ру табл. 1 и рисунка.
Температурная программа термической
обработки вещества
Таблица 2
№ сегмента Скорость,
1 5 30 -1500 100
Данные Испа-
Изменение массы,
%
Температурный
интервал,
Теплота, Дж/г
о
С/мин
Данные термического анализа стекловолокна
рение
влаги
о
С
Температурный
интервал,
Выгорание
органического связующего
о
С
Газ N2,
мл/мин
Кристаллизация
Таблица 3
Плавление
Лабораторная работа № 8.
Восстановление диоксида марганца
Приборы и материалы: прибор синхронного термическо-
го анализа STA 449 F3, Jupter, фирмы NETZSCH для проведения
ДСК/ТГА (дифференциально-сканирующей калориметрии/ термогравиметрии); образцы диоксида марганца.
Ход работы
Диоксид марганца MnO2 используется в качестве окислителя, а также в производстве катодных материалов батарей. При
нагревании MnO2 потеря массы происходит в температурном интервале от 600 до 950°C в две стадии, указанные на рисунке. Первая стадия потери массы (9,20 %) обусловлена восстановлением
44
MnO2 в Mn2O3, вторая (3,07 %) - в Mn3O4. Каждая ступень потери
массы четко сопровождается эндотермическими эффектами на
ДСК кривой с теплотой 432 и 180 Дж/г. Эндотермический эффект
при 1201 °C обусловлен обратимым структурным переходом.
Этот переход также наблюдается при охлаждении при 1148 ºС
(пунктирные линии).
1. Составить и заполнить таблицу термической обработки
диоксида марганца по рисунку.
2. Отметить все эффекты, потерю массы, написать уравнения химических реакций.
Рисунок. Термограмма диоксида марганца
45
Лабораторная работа № 9.
Контроль качества полимеров
Приборы и материалы: прибор синхронного термическо-
го анализа STA 449 F3, Jupter, фирмы NETZSCH для проведения
ДСК/ТГА (дифференциально-сканирующей калориметрии/ термогравиметрии); образцы полимеров.
Ход работы
Превращения, происходящие в полимерах при изменении температуры, можно разделить на две группы – физические
и химические. К физическим относятся: стеклование; кристаллизация; плавление. К химическим превращениям относятся:
окисление; сшивание; отверждение; деструкция; другие
реакции.
На кривой ДСК при анализе полимеров пики в основном
располагаются в следующем порядке: стеклование, «холодная»
кристаллизация, переходы типа кристалл-кристалл, кристаллизация из расплава, плавление, окисление, деструкция.
1. Тесты OIT (время окислительной индукции) хорошо известны для оценки окислительной стойкости полимеров, в частности полиолефинов. В этом примере два образца полимера нагревали до 200 ° C в динамической атмосфере азота.
Эндотермический пик, обнаруженный при нагревании, иллюстрирует плавление полипропилена. Через 3 мин при 200 °C
газ переключился на воздух.
Полученный экзотермический эффект указывает на разложение полимера. Для одного из образцов (рис. 1) окисление происходит раньше (OIT 6,6 мин против 11,6 мин).
46
Рис. 1. Термограмма полимера
Составить и заполнить таблицу термической обработки полимера
с учетом переключения газов по рис. 1. Отметить все эффекты,
подписать кривые.
2. Методом термического анализа можно проводить входной контроль материала. На рис. 2 показаны результаты DSC для
двух кажущихся одинаковыми гранулированных партий, указанных как полиамид 66 (PA66), которые поставлялись в разное время. Кривая ДСК (старая партия) показывает переход стекла при
63,2 °C (стеклование) и пик плавления при 263 ° C, которые являются типичными для PA66.
Стеклование – это переход полимера из высокопластичного в твердое состояние. Новая партия демонстрирует температуру стеклования 53,9 °C, двойной пик с пиковыми температурами
при 205, 8 и 244,0 °C. Это указывает на то, что новый гранулят,
скорее всего, содержит второй полимер, который смешивается с
PA66.
Составить и заполнить таблицу термической обработки полимера
по рис. 2. Отметить все эффекты.
47
Рис. 2. Термограмма двух партий полимеров
3. Идентификацию пластмасс можно производить на ос-
нове измерения температур плавления. На рис. 3 показаны кривые ДСК различных полимеров с пиками плавления. Пики четко
различаются по размерам и положению относительно оси температур. Примеры кривых РР (полипропилен) и РОМ (полиоксиметилен) показывают, что идентификация зависит как от
температуры плавления, так и от теплоты плавления.
Составить и заполнить таблицу термической обработки полимера
по рис. 3. Отметить все эффекты кривых ДСК.
48
Рис. 3. Термограмма различных образцов полимеров:
1 – полиэтилен низкой плотности; 2 – полиэтилен низкой плотности
с линейной структурой; 3 – полиоксиметилен; 4 – полиэтилен высокой плотности; 5 – полипропилен; 6 – полиамид 6; 7 – полиамид 66 ;
8 – полиэтилентерефлатат
Составить и заполнить таблицу термической обработки эластомеров по рис. 4. Отметить все эффекты кривых ДСК.
49
Рис. 4. Термограмма различных образцов эластомеров:
1 – силиконовый каучук; 2 – этилен-пропилен-диеновый каучук
высокой кристалличности; 3 – этилен-пропилен-диеновый каучук
низкой кристалличности; 4 – стирол-бутадиеновый каучук; 5 – натуральный каучук; 6 – смесь акрилонитрил-бутадиенового и хлоропренового ка учуков
Контрольные вопросы
1. На каком явлении основан метод дифференциального
термического анализа?
2. Приведите примеры процессов, протекающих с выделением тепла, с поглощением тепла.
3. Как выглядит кривая ДСК для вещества, претерпевшего
эндотермическое превращение?
4. Как выглядит кривая ДСК для вещества, претерпевшего
экзотермическое превращение?
50
5. Как выглядит кривая ДСК в отсутствии фазовых пре-
вращений?
6. Для чего нужен эталон при дифференциальной записи
термограмм?
7. Как называется прибор для съемки термограмм? Назовите его основные узлы.
8. Какое устройство используют для контроля температуры при съемке термограмм?
9. Как влияет скорость нагрева на вид термограмм?
10. Как влияет величина навески и степень дисперсности
материала на вид термограмм?
11. На каком явлении основан метод термогравиметриче-
ского анализа?
12. Что можно определить по кривой ТГ?
13. С какой целью записывают кривую ДТГ?
14. Как, сопоставляя кривые ДСК и ДТГ, отличить эффект
химического превращения от физического?
15. Из каких материалов изготавливают тигли для терми-
ческого анализа?
16. Для термогравиметрического анализа был взят образец
известняка массой 98 мг. Потеря в массе при температуре 950
o
С
составила 40 мг. Рассчитать содержание в нем примесей.
17. Для дифференциального термического анализа был
взят образец доломита. На кривой ДСК имеются два эндотермических эффекта: первый – при 650oС, второй – при 850oС. Чем
они, на Ваш взгляд, обусловлены? Следует ли ожидать при этих
температурах пики на кривой ДТГ?
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]