Úvod
Vstřikování je jedním z nejrychlejších postupů pro velkosériovou výrobu. S dobou cyklu někdy v řádu milisekund lze v krátkém čase vyrobit obrovské množství dílů. Doba cyklu je důležitá nejen pro ziskovost výroby dílů, ale také pro zamezení degradace materiálu ve vstřikovacím stroji. Pokud je doba setrvání ve stroji příliš dlouhá, materiál začne degradovat, což má důsledky nejen pro optický vzhled, ale také pro mechanické vlastnosti. Kromě toho mohou dlouhé prostoje vést k vývinu plynů v některých polymerech, které mohou být škodlivé pro obsluhu nebo životní prostředí.
Jedním z takových materiálů je polyoxymethylen (POM nebo polyacetal), který se hojně používá v automobilovém průmyslu a spotřební elektronice. Jeho vysoká tuhost, tvrdost a houževnatost spolu se skvělými kluznými a třecími vlastnostmi z něj činí vhodný materiál pro mnoho technických aplikací. Kromě toho se vyznačuje dobrou chemickou odolností a elektroizolačními vlastnostmi. Je to materiál pro mechanická ozubená kola, kluzné a vodicí prvky, části pouzder, šrouby, izolátory a cívky. Některé druhy byly schváleny FDA (Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv Spojených států amerických) pro použití v mléčných čerpadlech a pouzdrech filtrů.
Při delším uchovávání POM při zpracovatelských teplotách, např. při 30minutové odstávce stroje, materiál uvolňuje formaldehyd. Proto by se teplota šneku měla snížit, jakmile je zřejmé, že odstranění chyby bude nějakou dobu trvat. Uvolňování formaldehydu a jeho časovou závislost lze studovat pomocí analýzy TGA-FT-IR, která umožňuje studovat degradaci ve formě úbytku hmotnosti a následnou analýzu uvolněných plynů.
Analýza stop formaldehydu v POM pomocí TGA-FT-IR
Pro tuto studii byly vybrány dva POM materiály s podobným tokovým chováním (oba medium viskozitní vstřikovací třídy) a fyzikálními vlastnostmi. Oba splňují normy RoHS, ale pouze POM1 má schválení FDA; viz tabulka 1.
Tabulka 1: Studované materiály
Název | Vlastnosti | MFI [g/10 min] ISO 1133 | V souladu s RoHS | Schváleno FDA |
|---|---|---|---|---|
| POM1 | Vysoká tuhost, tvrdost, houževnatost, dobrá chemická odolnost; třída pro vstřikování | 9 | Ano | Ano |
| POM2 | Vysoká tuhost, tvrdost, houževnatost, odolnost vůči alkáliím a organickým látkám chemikáliím; třída pro vstřikování | 10 | Ano | Ne |
Měření byla prováděna na NETZSCH PERSEUS® TG 209 F1 Libra® s hmotností vzorku přibližně 70 mg zahřátého z 25 °C na 210 °C při rychlém ohřevu 80 K/min v dusíkové atmosféře. Vzhledem k očekávaným ztrátám vzorku small byla pro jednoznačnou charakterizaci zvolena vyšší hmotnost vzorku. Teplota pak byla udržována konstantní po dobu nejméně 30 minut, aby bylo možné pozorovat hmotnostní změny materiálů.
Na obrázku 1 jsou znázorněny křivky TGA dvou různých druhů POM při teplotě 210 °C v závislosti na čase. Na levé ose Y je vidět úbytek hmotnosti v %. Je vidět, že hmotnostní úbytek POM2 je o něco vyšší než u POM1.
Obrázek 2 ukazuje naměřená FT-IR spektra obou druhů POM po 4 minutách v porovnání s knihovními spektry plynného formaldehydu (růžová) a vody (černá). Lze pozorovat, že POM1 uvolňuje pouze vodu, zatímco POM 2 vykazuje uvolňování formaldehydu a vody při stejném teplotním zpracování. Pro vytvoření časově závislých stop, zobrazených na obrázku 1, byly barevné oblasti na obrázku 2 vzaty jako integrální rozsahy pro formaldehyd (3170 cm-1 - 2462 cm-1) a vodu (4168 cm-1 - 3353 cm-1).
Počátek uvolňování formaldehydu lze odhadnout na 2 min a 118 °C.
Jak souvisí laboratorní měření se zpracováním na ?
Obě třídy POM se zpracovávají při teplotě 210 °C. Z výsledků zde uvedených vyplývá, že již po několika minutách pobytu při této teplotě se z POM2 uvolňuje formaldehyd. Proto by bylo důležité snížit teplotu sudu ihned poté, co došlo k jakékoli chybě. To se doporučuje jednak proto, že odstranění případné chyby může trvat déle než několik minut, a jednak proto, že trvá několik minut, než tavenina vychladne na nižší teplotu.
Dále je vidět, že ačkoli obě třídy splňují požadavky RoHS, pouze třída POM1, schválená FDA, neuvolňuje žádné měřitelné množství formaldehydu.