Differenzkalorimetrie (DSC)

Was die Differenzkalorimetrie bei Kunststoffen erfasst

Bei einer DSC-Messung wird registriert, wie viel Wärme eine Probe beim Erwärmen, Kühlen oder Halten einer Temperatur aufnimmt oder abgibt. Sichtbar werden dabei thermische Effekte, die mit physikalischen oder chemischen Änderungen im Material verbunden sind. Dazu gehören je nach Kunststoff unter anderem der Glasübergang, Schmelzvorgänge, Kristallisation sowie Aushärtungs- oder Oxidationsreaktionen. Die Methode liefert keine direkte chemische Strukturaufklärung, sondern ein thermisches Profil des Werkstoffs.

Typische Einsatzbereiche in Entwicklung, Prüfung und Qualitätssicherung

DSC wird eingesetzt, um Rohstoffe, Compounds, Halbzeuge oder Formteile thermisch zu vergleichen. Typische Fragestellungen betreffen die Überprüfung von Chargenkonstanz, die Beurteilung von Kristallinität, die Erkennung von Verarbeitungseinflüssen oder die Untersuchung von Reaktionsverhalten bei duroplastischen Systemen. Auch bei Schadensanalysen kann DSC Hinweise liefern, etwa wenn veränderte Übergangstemperaturen oder unerwartete Wärmeeffekte auf Materialabweichungen, Alterung oder unvollständige Vernetzung hindeuten.

Messprogramme und auswertbare Kenngrössen

Je nach Prüfziel werden Heizläufe, Kühlkurven, isotherme Abschnitte oder mehrstufige Temperaturprogramme verwendet. Aus den Messkurven lassen sich Übergangstemperaturen, Enthalpien von Schmelz- oder Kristallisationsvorgängen sowie Reaktionsverläufe ableiten. Bei teilkristallinen Kunststoffen ist zudem die Einordnung von Schmelz- und Kristallisationsverhalten relevant, während bei amorphen Materialien der Glasübergang im Vordergrund steht. Aussagekraft und Vergleichbarkeit hängen von einer geeigneten Probenahme, definierten Messbedingungen und einer fachgerechten Interpretation ab.

Abgrenzung zu TGA und Infrarotspektroskopie

Innerhalb der Werkstoffcharakterisierungen beschreibt DSC das thermische Verhalten eines Kunststoffs über den gemessenen Wärmefluss. Die Thermogravimetrische Analyse (TGA) untersucht dagegen Massenänderungen in Abhängigkeit von der Temperatur und eignet sich eher für Aussagen zu Zersetzung, Flüchtstoffen oder Füllstoffanteilen. Die Infrarotspektroskopie dient der Identifikation chemischer Bindungen und funktioneller Gruppen. DSC ergänzt diese Verfahren, ersetzt sie aber nicht, weil jede Methode eine andere Eigenschaft des Werkstoffs abbildet.