Johdanto
Polymeerimateriaaleista valmistettuja osia käytetään laajalti kaikilla aloilla, joilla painonpudotuksella ja kustannustehokkaalla tuotannolla on ratkaiseva merkitys. Vaikka kestomuovimateriaaleista valmistettuja ruiskuvalettuja osia on käytetty autoteollisuudessa jo vuosikymmeniä, nykyaikaisten autojen kevyiden ratkaisujen kysyntä kasvaa jatkuvasti. Erityisesti sähköajoneuvojen kehittämisessä jahiilidioksidipäästöjen vähentämisessä käytetään yhä enemmän kevyistä materiaaleista valmistettuja autojen osia.
Muovien käytön lisääntyminen edellyttää keinoa, jolla varmistetaan osien tasainen laatu ja vakaus. Materiaalianalyysillä on tässä tärkeä rooli. Osien mekaanisiin ominaisuuksiin vaikuttavat merkittävästi monet prosessivaiheet. Esimerkiksi pelkkä muovin maalaaminen voi muuttaa sen fysikaalisia ominaisuuksia siinä määrin, että pahimmassa tapauksessa se pettää, kun se altistuu kohtuulliselle kuormitukselle. Siksi on tärkeää taata materiaalien tasainen laatu koko valmistusprosessin ajan, alusta loppuun. Lämpöanalyysimenetelmät, kuten DSC (Differential Scanning Calorimetry), ovat ihanteellisia työkaluja tällaisissa kysymyksissä. Tässä tarkastellussa tapauksessa lasikuituvahvisteisesta polyamidi 6:sta valmistetussa kotelokomponentissa ilmeni haurastumista klipsikoukun kohdalla klipsiliitosten liittämisen aikana. Osan asennuksen aikana klipsi katkesi. Tällaisten vikojen osalta on ratkaisevan tärkeää tutkia kaikki mahdolliset vaikuttavat tekijät koko valmistusketjussa.
Testitulokset
Vaurioituneen osan ja iO-ohjausosan DSC-analyysi tunnisti nopeasti vian syyn. DSC-käyrät on esitetty kuvassa 1. Materiaalikoostumuksen analysoimiseksi arvioidaan aina2. lämmityskäyrät, koska lämpöhistorian vaikutukset eivät enää ole läsnä. Näytteen lasisiirtymän ollessa 50,9 °C näytteessä (vihreä käyrä) näkyi sulamisendotermi 221 °C:ssa, ja sulamisentalpia oli 53,7 J/g (tyypillistä puhtaalle PA 6:lle). NiO-osa (vaurioitunut) käyttäytyi kuitenkin mitattavasti eri tavalla, ja sen huippulämpötila oli 215 °C ja entalpia 45,2 J/g.
NiO-osan sulamisprofiilissa, joka on esitetty suurennettuna kuvassa 2, näkyy myös toinen huippu 239 °C:ssa. DSC-mittausten tulokset osoittavat, että vaurioituneen osan materiaali ei ole enää puhdasta polyamidi 6:ta vaan polyamidi 6:n ja polyamidi 66:n seos. Nämä kaksi komponenttia voivat muodostaa eutektisen aineen, mikä selittää sulamislämpötilan siirtymisen 221 °C:sta (puhdas PA 6) 215 °C:seen (PA 6 + PA 66). Näiden kahden näytteen väliset erot näkyvät myös niiden erilaisista kiteytymisprofiileista jäähdytyksen aikana (kuva 3)
DSC-analyysissä KiteytyminenKiteytyminen on fysikaalinen kovettumisprosessi, joka tapahtuu kiteiden muodostuessa ja kasvaessa. Tämän prosessin aikana vapautuu kiteytymislämpöä.kiteytyminen havaitaan eksotermisenä vaikutuksena. Kuvan 4 suurennettu asteikko osoittaa lisäksi, että iO-osasta peräisin olevan materiaalin kiteytymislämpötila on korkeampi, 217 °C, verrattuna 203 °C:seen puhtaassa PA6-näytteessä. Piikin pinta-ala on myös pienempi iO-osassa.
Päätelmä
Tämä esimerkki osoittaa selvästi, että materiaalikoostumuksella on mitattavissa oleva vaikutus valmiin osan ominaisuuksiin ja että epäonnistumiset voidaan välttää käyttämällä lämpöanalyysia raaka-aineen laadun valvomiseksi. Laadunvalvonta voidaan toteuttaa suhteellisen pienellä vaivalla käyttämällä lämpöanalyysiä DSC:n avulla.