İçindekiler
Sıvı agrega halinde işlenen malzemelerin sertleşmesi için genellikle belirli bir süre gerekir. Bu süre zarfında, malzemenin katılaşmasına yol açan kimyasal ve fiziksel süreçler gerçekleşir. Bu süreçler ısının salınması veya emilmesi ile ilişkilidir.
Karşılık gelen ısı miktarlarını bir dinamik diferansiyel taramalı kalorimetri (Diferansiyel Tarama Kalorimetrisi, kısaca DSC), süreçlerin seyri tanımlanmış ortam koşullarının bir fonksiyonu olarak gözlemlenebilir. Sonuçlar, kürleme için optimum koşullar hakkında bilgi sağlar ve analiz edilen malzemenin kalite parametreleri hakkında sonuçlar çıkarılmasına olanak tanır.
Termosetlerin ve elastomerlerin kürlenmesi
Termosetler ve elastomerler, nihai mukavemetlerini makromoleküllerin çapraz bağlanması yoluyla elde eden plastiklerdir. Bu işlem sırasında reaktif gruplarda kimyasal bağlar oluşur.
Reaksiyonlar, sıcaklığın artırılması ve reaktif gruplar arasında bir köprü oluşturan maddelerin (sertleştiriciler) eklenmesiyle başlar.
Duromerler yakın örgülü bir uzamsal ağ oluşturur. Bu onlara yüksek mukavemet kazandırır. Elastomerlerin ağı geniş örgülüdür. Top şeklindeki makromolekülleri birbirinden ayrılabilir ve çekme kuvveti kaldırıldıktan sonra orijinal hallerine geri dönebilir. Çapraz bağlanma tamamlandıktan sonra plastikler boyutsal olarak kararlı hale gelir. Bu işlem kürleme olarak bilinir.
Amorf termoplastik örnekleri:
Yarı-kristal termoplastik örnekleri:
Termoset örnekleri:
Elastomer örnekleri:
Bir plastik, kürleme işlemi sırasında farklı aşamalardan geçer. Başlangıç malzemesi genellikle sıvı bir çözelti şeklindedir. Bu, makromoleküllerin bir çözücü içinde ince bir şekilde dağıldığı anlamına gelir. Polimer sistemine bağlı olan minimum bir sıcaklıkta, çözeltide çapraz bağlanma reaksiyonları başlar ve bir jel meydana gelir. Jel, artık çözünmeyen, çapraz bağlı bileşenlerden oluşur ve aralarındaki boşluklar çözücü içerir. Sol ve jel karışımı başlangıçta kauçuk-elastiktir.
Termoset sistemlerde, artan çapraz bağlanma ile cam benzeri bir duruma ulaşır. Kürlenme maksimum kürlenme derecesine kadar ilerler, bu noktada sol tamamen bir jele dönüşmüştür.
Elastomer sistemlerde, jel tamamen çapraz bağlandıktan sonra kauçuk-elastik durumunu korur. Son olarak, ilgili davranış, aşağıdakiler tarafından kararlı bir şekilde etkilenir cam geçiş sıcaklığı polimer sisteminin.
Termosetler için kürlenme sıcaklığından daha yüksek, elastomerler için daha düşüktür. Camsı geçiş sıcaklığının üzerinde, polimer yumuşaktır ve moleküller hareketlidir; bu sıcaklığın altında, malzeme katı ve kırılgan olma eğilimindedir.
Kürlenme derecesi
Kürlenme süresi polimer sisteminin malzeme özelliklerine ve sıcaklığa bağlıdır.
Sisteme bağlı bir sıcaklık sınırının altında önemli bir çapraz bağlanma gerçekleşmez. Sol daha uzun bir süre içinde katı hale gelse de, ısı uygulanarak tekrar sıvılaştırılabilir.
Bu sıcaklık sınırının üzerinde, çapraz bağlanma reaksiyonları belirli bir “dinlenme süresinden” sonra başlar. Sıcaklık yükseldikçe “dinlenme süresi” kısalır ve reaksiyon hızı artar.
Çapraz bağlama reaksiyonu geri döndürülemez. İlk karışımın ne kadar süreyle işlenebileceği dinlenme süresine bağlıdır. Bu süre pot ömrü olarak bilinir. İnhibitörler eklenerek uzatılabilir ve katalizörler eklenerek kısaltılabilir.
Reaksiyon hızı, polimer sisteminin tamamen sertleşmesi için ne kadar zamana ihtiyacı olduğunu belirler. Bu süre, inhibitörler veya katalizörler eklenerek de kontrol edilebilir. Bununla birlikte, çapraz bağlanmanın gerçekleştiği sıcaklığın önemli bir etkisi vardır. Bunun ne kadar ilerlediği kürlenme derecesi ile tanımlanır. Bu, halihazırda çapraz bağlanmış olan karışımın yüzdesidir. Maksimum kürlenme derecesine , tüm sol bir jele dönüştüğünde ulaşılır .
Reaksiyon entalpisi
Çapraz bağlama reaksiyonu ekzotermiktir, yani ısı salınımını içerir. İşlemler sabit basınçta gerçekleştiğinden, yalnızca ısıya bağlı hacim değişiklikleri tarafından tüketilmeyen ısı oranı belirlenebilir. Bu oran reaksiyon entalpisidir. Tamamen tamamlanmış reaksiyon için termal analiz ile belirlenebilir.
Diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC), birim zamanda açığa çıkan ısı miktarını belirlemek için kullanılabilir. Bu değer reaksiyon hızına karşılık gelir. Zaman içinde belirli bir noktaya kadar açığa çıkan ısı miktarı, reaksiyon entalpisi ile ilişkili olarak ayarlanabilir. Bu oran kürlenme derecesine eşittir.
Elde edilen değerler, optimum kürlenme sıcaklığının ve numunelerin kürlenme derecesinin belirlenmesini, sol ve sertleştiricinin uygun karışım oranının tespit edilmesini ve inhibitörlerin ve katalizörlerin etkinliğinin değerlendirilmesini mümkün kılmaktadır.
