Aplicación de la calorimetría diferencial de barrido (DSC) en el análisis de materiales poliméricos de piezas automotrices

Abstract

The differential scanning calorimetry (DSC) is the most widely used technique of thermal analysis for the measurement of material properties with a temperature change. The DSC technique allows to record enthalpy changes in samples due to changes in their physical state or chemical properties, as a function of temperature and time. The energy changes are one of the pillars in the processes of chemical engineering. These changes visualized in the solid state of raw materials and products, provide solutions for processing, for quality control, physical-chemical characterization and the investigation of different solid forms of active pharmaceutical ingredients, clays and minerals, metals and alloys, polymers and plastics. Calorimetry techniques provide engineering methods for estimating and calculating thermodynamic properties related to the equilibrium between phases and thermodynamic analysis methods for more efficient system design. In the present work, cases of thermal analysis performed using differential scanning calorimetry (DSC) in the Materials Technique laboratory of Volkswagen de México, in the area of polymers, are described. Knowledge of the thermal properties of polymers is essential to develop optimal materials processing methods and to predict their performance over their useful life. The applications of differential scanning calorimetry in automotive parts presented at this work include the identification of polymeric materials, identification of mixtures of polymeric materials present in a sample, study of thermal transitions (melting and crystallization) to identify processing failures and analysis of the effects of aging for materials development.

La calorimetría diferencial de barrido (DSC) es la técnica de análisis térmico más utilizada para la medición de propiedades de los materiales con el cambio de temperatura. La técnica DSC permite registrar los cambios de entalpía en las muestras debido a cambios en su estado físico o propiedades químicas, en función de la temperatura y tiempo. Los cambios de energía constituyen uno de los pilares en los procesos de la ingeniería química. Estos cambios visualizados en el estado sólido de las materias primas y productos aportan soluciones tanto para el procesamiento, como para el control de calidad, caracterización físico-química y la investigación de diferentes formas sólidas de principios activos farmacéuticos, arcillas y minerales, metales y aleaciones, polímeros y plásticos. Las técnicas de calorimetría proporcionan a la ingeniería métodos de estimación y cálculo de las propiedades termodinámicas relacionadas con el equilibrio entre fases y métodos de análisis termodinámicos para el diseño de sistema más eficientes. En el presente trabajo, se describen casos de análisis térmicos realizados mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC) en el laboratorio de Técnica de Materiales de Volkswagen de México, en el área de polímeros. El conocimiento de las propiedades térmicas de polímeros es esencial para desarrollar los métodos óptimos de procesado de materiales y para predecir el desempeño de éstos durante su vida útil. Las aplicaciones de la calorimetría diferencial de barrido en piezas automotrices aquí presentadas, incluyen la identificación de materiales poliméricos, identificación de mezclas de materiales poliméricos presentes en una muestra, estudio de transiciones térmicas (fusión y cristalización) para identificar fallas de procesamiento y análisis de los efectos del envejecimiento para desarrollo de materiales.