1、DSC技术简介
1.1DSC简介
DSC为Differential scanning calorimeter缩写,中文名称为热差示扫描量热仪。见图1图2
原理:将样品放置在特定气氛下,运行特定温度环境或维持在特定温度下去观察其能量变化,当样品发生熔融、蒸发、结晶、相转变等物理变化,或发生化学反应时,图谱将会记录相关过程的能量变化(热流),进而推测其材料的相关特性值。
图1DSC
图2配套软体
1.2DSC测试标准
1.ISO 11357-1:2023 塑料 差示扫描量热法(DSC) 第1部分;通则;
2.ISO 11357-2:2020 塑料 差示扫描量热法(DSC)
第2部分:玻璃化转变温度的测定;
3.ISO 11357-3:2018 塑料 差示扫描量热法(DSC)
第3部分:熔融和结晶温度及热焓的测定;
4.ASTM D3418-21 使用差示扫描量热法(DSC)测定聚合物转变温度的标准试验方法;
1.3DSC结果参数
1.玻璃化转变温度(Tg)
2.熔融焓(△H)
3.熔点(Tm)
4.结晶温度(Tc)
5.结晶热(Crystal Energy)
6.反应焓(△H)
7.冷结晶温度(Crystal Temperature)
8.结晶度(Crystallinity)
9.结晶半周期(crystal period)
1.4DSC曲线分析
DSC曲线分析
2、胶黏剂简介
2.1应用方法分类
2.2粘接作用的原理
1.机械作用与机械理论
胶黏剂必须渗入被粘物表面的空隙内,并排除其界面上吸附的空气,才能产生粘结作用。
可解释:胶黏剂粘结表面打磨的致密材料效果要比表面光滑的致密材料好。
2.吸附作用与吸附理论
粘结是由两材料间分子接触和界面力产生引起的,包括氢键力和范德华力。
3.静电作用与静电理论
由在胶黏剂与被粘物界面上形成双电层而产生静电引力,即互相分离的阻力。
可解释:当胶黏剂从被粘物上剥离时有明显的电荷存在,是对该理论的有力论据。
4.扩散作用与扩散理论
粘接是通过胶黏剂与被粘物界面上分子扩散产生。
可解释:热塑性塑料的溶剂粘结和热焊接,粘结剂和被粘物都是具有能够运动的长链大分子聚合物时,适用。
2.3测试的胶黏剂种类
基于DSC测试原理,测试的胶黏剂种类为:
1.加固化剂型:恒温或动态升温条件下的反射焓
2.热固型:动态升温或恒温状态下,胶黏剂固化焓值
3.热焓型:熔点、熔点焓侦测。
4.光引发固化型:使用UV配件引发反应,记录反应焓。
5.光+热固化型:使用UV配件+动态升温,记录整体或单方面反应焓。
2.4影响粘结强度的因素
DSC技术在胶黏剂中的应用
1、使用DSC对胶黏剂表征
1.1如何进行定量测试与结果分析
1.2胶黏剂的特征曲线
1.3影响定量测试的因素
2、测试胶黏剂原理
通过施加使用机理的向量,将该过程中测试胶黏剂的热流变化进行量化,与时间进行积分可计算出过程的能量变化,即固化焓或熔融焓。
3、不同胶黏剂的DSC测试曲线
4、固化度及其影响因素
固化胶水固化度计算公式:
影响测试准确性因素
1.固化机理匹配性
2.进样量不宜过多或过少,一般5mg~10mg适宜
3.样品在运输中避免相关向量的影响
4.样品与DSC坩埚接触性
5.原胶与样品的一致性(厂商/料号/批次)
6.加固化剂型胶黏剂需结合FTIR进行分析
4.1案例1 摄像头模组变焦异常
【背景】:摄像头模组定焦后点胶(光固化胶黏剂),装配后发现变焦,异常率15%。
【分析】
通过力值测试发现,异常品的推力明显小于复照后的样品,推测胶黏剂可能存在固化不足的问题。
取原胶以及摄像头点胶区域使用UVDSC测试,发现摄像头的胶黏剂并未完全固化。
•通过数据比对,外层胶黏剂固化程度向内层逐渐降低,这与UV光随距离衰减有关;
•表明胶黏剂固化程度不足,导致整体粘结性能降低,随装配时受到的力或震动发生移位,从而导致失焦。
【建议】
优化固化条件,如延长光照时间、优化光照距离、调整胶厚。
优化后图片
4.2案例2热固化胶固化工艺优化
【背景】:客户提供热固化胶黏剂,委托实验室协助选择合适的固化工艺。
分析:
使用DSC对原胶进行动态升温,获得固化反应曲线,曲线表明在120度左右为胶黏剂固化速度最快的温度。
使用DSC选用不同温度进行恒温固化,通过对比测试曲线,温度选用110度以上时胶黏剂固化速度加快。
用烘箱对胶黏剂进行固化,120度胶黏剂存在大量气孔。
【建议】选用110℃/15min作为其固化条件。
4.3案例3AB胶粘合不良
【背景】:铝合金板材使用AB胶粘结Logo,存在10%的不良脱落。
【分析】
形貌观察AB胶基本都固化在Logo上,存在部分区域表面分布不均匀,裸露出不锈钢基材。
• 对AB胶取样进行DSC测试,曲线无相关放热峰,表明AB胶可反应的成分已反应完全,
•但通过FTIR图谱表明不同取样位置的聚丙烯酸树脂含量存在差异。结合DSC&FTIR分析表明不同区域间的AB组分比例存在差异,导致反应存在组分残留,从而影响粘结强度下降,进而产生失效
【建议】
加强对AB胶混合工艺的管控,以确保组分混合均匀。