جدول المحتويات
تتطلب المواد التي تتم معالجتها في حالة ركام سائل بشكل عام فترة زمنية معينة للتصلب. وخلال هذا الوقت، تحدث عمليات كيميائية وفيزيائية تؤدي إلى تصلب المادة. وترتبط هذه العمليات بإطلاق الحرارة أو امتصاصها.
من خلال تسجيل كميات الحرارة المقابلة كجزء من ديناميكي مسعر المسح التفاضلي الديناميكي (المسح الضوئي التفاضلي للسعرات الحرارية (DSC اختصارًا)، يمكن ملاحظة مسار العمليات كدالة للظروف المحيطة المحددة. وتوفر النتائج معلومات حول الظروف المثلى للمعالجة وتسمح باستخلاص استنتاجات حول معايير جودة المادة التي تم تحليلها.
معالجة المواد المتصلدة بالحرارة واللدائن المرنة
والمواد البلاستيكية الحرارية واللدائن المرنة هي مواد بلاستيكية تحصل على قوتها النهائية من خلال الربط المتقاطع للجزيئات الكبيرة. وفي هذه العملية، تتشكل الروابط الكيميائية على المجموعات التفاعلية.
تبدأ التفاعلات بزيادة درجة الحرارة وإضافة مواد (مواد مقوية) تشكل جسرًا بين المجموعات المتفاعلة.
تُشكِّل الدرومرات شبكة مكانية متقاربة. وهذا يمنحها قوة عالية. تكون شبكة المطاطات المرنة واسعة الشبك. يمكن سحب جزيئاتها الكبيرة ذات الشكل الكروي وإعادتها إلى حالتها الأصلية بعد إزالة قوة الشد. بعد اكتمال الربط المتبادل، تصبح المواد البلاستيكية مستقرة الأبعاد. تُعرف هذه العملية باسم المعالجة.
أمثلة على اللدائن الحرارية غير المتبلورة:
أمثلة على اللدائن الحرارية شبه البلورية:
أمثلة على اللدائن الحرارية:
أمثلة على اللدائن المرنة:
يمر البلاستيك بمراحل مختلفة أثناء عملية المعالجة. تكون المادة الأولية عادةً في شكل محلول سائل. وهذا يعني أن الجزيئات الكبيرة تكون مشتتة بدقة في مذيب. عند درجة حرارة دنيا تعتمد على نظام البوليمر، تبدأ تفاعلات الربط المتقاطع في المحلول مما يؤدي إلى تكوين هلام. ويتكون الهلام من المكونات غير القابلة للذوبان والمرتبطة ببعضها البعض الآن، وتحتوي الفراغات بينها على مذيب. يكون خليط المذاب والهلام في البداية مرنًا مطاطيًا مطاطيًا.
في الأنظمة الحرارية، تصل إلى حالة تشبه الزجاج مع زيادة الارتباط المتقاطع. تتقدم المعالجة إلى أقصى درجة من المعالجة، وعند هذه النقطة يكون المذاب قد تحول بالكامل إلى مادة هلامية.
في أنظمة المطاط المرن، يحتفظ الجل بحالته المطاطية المرنة بعد الربط المتقاطع الكامل. وأخيرًا، يتأثر السلوك المعني بشكل حاسم بـ درجة حرارة الانتقال الزجاجي لنظام البوليمر.
بالنسبة للمواد المتصلدة بالحرارة تكون أعلى من درجة حرارة المعالجة، أما بالنسبة للإلاستومرات فهي أقل. وفوق درجة حرارة التحول الزجاجي، يكون البوليمر لينًا وتكون الجزيئات متحركة؛ وتحت درجة الحرارة هذه، تميل المادة إلى أن تكون صلبة وهشة.
درجة المعالجة
يعتمد وقت المعالجة على الخصائص المادية لنظام البوليمر ودرجة الحرارة.
لا يحدث أي ربط متقاطع كبير تحت حد درجة حرارة يعتمد على النظام. على الرغم من أن المذاب يصبح صلبًا خلال فترة زمنية أطول، إلا أنه يمكن تسييله مرة أخرى عن طريق تطبيق الحرارة.
فوق حد درجة الحرارة هذا، تبدأ تفاعلات الربط المتقاطع بعد “وقت راحة” معين. يتم تقصير “وقت الراحة” ويزداد معدل التفاعل مع ارتفاع درجة الحرارة.
تفاعل الربط المتقاطع لا رجعة فيه. وتعتمد مدة معالجة الخليط الأولي على وقت الراحة. تُعرف هذه الفترة بعمر الإناء. ويمكن إطالة هذه الفترة بإضافة مثبطات وتقصيرها بإضافة محفزات.
وتحدد سرعة التفاعل مقدار الوقت الذي يحتاجه نظام البوليمر للمعالجة الكاملة. ويمكن أيضًا التحكم في هذا الوقت بإضافة مثبطات أو محفزات. ومع ذلك، فإن درجة الحرارة التي يحدث فيها الربط المتقاطع لها تأثير كبير. يتم وصف مدى تقدم ذلك من خلال درجة المعالجة. وهي النسبة المئوية للخليط الذي تم ربطه بالفعل. يتم الوصول إلى أقصى درجة للمعالجة عندما يتحول المذاب بأكمله إلى مادة هلامية .
إنثالبي التفاعل
يكون تفاعل الربط المتقاطع طاردًا للحرارة، أي ينطوي على إطلاق الحرارة. نظرًا لأن العمليات تحدث عند ضغط ثابت، يمكن فقط تحديد نسبة الحرارة التي لا تستهلكها التغيرات في الحجم المرتبطة بالحرارة. هذه النسبة هي إنثالبي التفاعل. ويمكن تحديدها بالتحليل الحراري للتفاعل المكتمل تمامًا.
يمكن استخدام القياس الحراري بالمسح التفاضلي (DSC) لتحديد كمية الحرارة المنطلقة لكل وحدة من الزمن. تتوافق هذه القيمة مع معدل التفاعل. كمية الحرارة المنطلقة حتى نقطة زمنية معينة, بالنسبة إلى إنثالبي التفاعل. هذه النسبة تساوي درجة المعالجة.
تتيح القيم التي تم الحصول عليها إمكانية تحديد درجة حرارة المعالجة المثلى ودرجة المعالجة المثلى للعينات، وتحديد نسبة الخلط المناسبة من المذاب والمقسي وتقييم فعالية المثبطات والمحفزات.
