Introduction
Le polypropylène (PP) est une matière première souvent utilisée pour la fabrication de films minces tels que les films séparateurs dans les batteries. Cette expérience a été lancée en raison d'un problème survenu lors du traitement des films de PP. Les produits issus de certains lots de granulés de PP brut se cassaient facilement alors que ceux des autres lots étaient de bonne qualité. L'objectif était d'en découvrir la raison et, surtout, de mettre en place une méthode de contrôle de qualité fiable pour les granulés de PP bruts. Idéalement, cette méthode de contrôle de qualité devrait être réalisée à l'aide d'une DSC ou d'une TGA de base.
Conditions expérimentales
Plusieurs échantillons "bons" (marqués OK) et "mauvais" (marqués NOK) ont été prélevés.
Les tests de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion/refroidissement ont été effectués à l'aide du DSC 214 Polyma. Les échantillons ont été chauffés de la température ambiante (TA) à 200°C à 10 K/min, puis refroidis à TA à -10 K/min, suivi d'un second chauffage à 200°C à 10 K/min. L'atmosphère d'essai était du N2; la taille des échantillons était d'environ 10 mg.
Des tests Temps d'induction oxydative (OIT) et température d'apparition de l'oxydation (OOT)Le temps d'induction oxydative (OIT isotherme) est une mesure relative de la résistance d'un matériau (stabilisé) à la décomposition oxydative. La température d'induction oxydative (OIT dynamique) ou la température d'apparition de l'oxydation (OOT) est une mesure relative de la résistance d'un matériau (stabilisé) à la décomposition oxydative.OIT ont également été effectués sur des échantillons à l'aide du DSC 214 Polyma. Les échantillons ont été chauffés de RT à 200°C dans N2 à 10 K/min, puis maintenus isothermes à 200°C pendant 5 minutes. Ensuite, l'atmosphère a été remplacée par de l'O2 (pur) et le temps écoulé entre le point de commutation et le début de l'OxydationL'oxydation peut décrire différents processus dans le contexte de l'analyse thermique.oxydation a été enregistré. La taille des échantillons était d'environ 10 mg.
Les tests de PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse ont été effectués au moyen du TG 209 F3 Tarsus® . Les échantillons ont été chauffés de RT à 800°C à 10 K/min dans N2. La taille de l'échantillon était d'environ 10 mg.
Résultats et discussion
1. Analyse des défaillances
Dans un premier temps, le comportement à la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion de tous les échantillons a été comparé pour vérifier la présence éventuelle d'impuretés, c'est-à-dire d'autres composants polymères. Comme le montre la figure 1, outre le pic de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion principal du PP à environ 169°C, un pic EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique small à 148°C peut être observé dans certaines courbes DSC. Ce pic pourrait être dû à un second composant polymère ou à un additif. Cependant, une telle différence ne peut pas être considérée comme une cible de contrôle de qualité, car ce pic small se retrouve à la fois dans les échantillons OK et NOK.
1.2. Comportement à la PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse
Pour confirmer l'existence d'impuretés, les résultats de la PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse TGA ont été comparés dans la figure 2. Il semble que les échantillons OK et NOK présentent tous deux une perte de poids de 100 % et qu'il n'y ait pas de différence évidente entre eux pendant toute la procédure de PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse.
la "fragilité" des matériaux polymères peut être le résultat de matériaux stabilisés différemment. Les informations sur la stabilisation d'un polymère peuvent être distinguées par les mesures Temps d'induction oxydative (OIT) et température d'apparition de l'oxydation (OOT)Le temps d'induction oxydative (OIT isotherme) est une mesure relative de la résistance d'un matériau (stabilisé) à la décomposition oxydative. La température d'induction oxydative (OIT dynamique) ou la température d'apparition de l'oxydation (OOT) est une mesure relative de la résistance d'un matériau (stabilisé) à la décomposition oxydative.OIT. Par conséquent, des Temps d'induction oxydative (OIT) et température d'apparition de l'oxydation (OOT)Le temps d'induction oxydative (OIT isotherme) est une mesure relative de la résistance d'un matériau (stabilisé) à la décomposition oxydative. La température d'induction oxydative (OIT dynamique) ou la température d'apparition de l'oxydation (OOT) est une mesure relative de la résistance d'un matériau (stabilisé) à la décomposition oxydative.OIT différents étaient attendus pour ces échantillons ; ces résultats pouvaient alors être utilisés comme seuil de contrôle de qualité. Malheureusement, comme le montre la figure 3, il n'y avait pas de différences significatives d'OIT entre les échantillons OK et NOK.
Le processus de fabrication des films en PP comprend la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion des granulés de PP suivie du processus d'extrusion. Une procédure de refroidissement doit avoir eu lieu pour induire la CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation. Comme le comportement de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation peut également être un facteur affectant la qualité du produit final, les courbes de refroidissement ont été comparées. Comme le montre la figure 4, on constate des différences significatives dans le comportement de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation entre les échantillons OK et NOK. Tout d'abord, le début de la CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation des échantillons OK (~115°C) est beaucoup plus faible que celui des échantillons NOK (~119°C). Cela signifie que les échantillons NOK cristallisent plus facilement. En outre, la pente du côté droit du pic DSC des échantillons NOK semble être plus raide que celle des échantillons OK. Cela signifie que les échantillons NOK cristallisent également plus rapidement que les échantillons OK.
1.5. Résumé de l'analyse des défaillances
Analyse Sur la base des mesures et des discussions précédentes, nous pouvons supposer que le problème du "film fragile" est probablement dû à un comportement de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisation différent des matières premières. Pour les matières premières qui cristallisent plus facilement (début plus élevé), ou qui cristallisent plus rapidement (pente plus raide), les films de produits se cassent plus facilement. La différence de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisation peut être due à une teneur différente en agents de nucléation, en microparticules, etc.
2. Critère de contrôle de la qualité
Sur la base de la conclusion ci-dessus, le critère de contrôle de qualité peut être axé sur le comportement de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisation. Une solution plus simple consisterait à utiliser la température de début de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée. cristallisation comme seuil de contrôle de qualité. Toutefois, cela nécessiterait une évaluation manuelle (par l'opérateur) et il pourrait y avoir des problèmes critiques dans le cas de pics et de lignes de base de cristallisation "non idéaux". En outre, la température d'apparition ne peut pas refléter l'ensemble de la situation en ce qui concerne le comportement de cristallisation. Pour comparer le comportement de cristallisation de manière plus complète, NETZSCH offre l'outil idéal : une solution appelée Identify.
En termes simples, Identify permet de créer une base de données à partir des courbes de refroidissement des échantillons OK. Le logiciel les compare ensuite aux courbes de refroidissement des granulés de PP entrants et peut déterminer si les matières premières PP entrantes sont "QC Pass" ou "Fail".
Pour ce cas, nous avons créé une classe dans la base de données Identify avec les courbes de refroidissement de trois échantillons OK. Dans un scénario réel, il serait bien sûr souhaitable de disposer d'un plus grand nombre de courbes afin de créer une classe plus fiable.
Comme le montrent les figures 6 et 7, il est possible de calculer la similitude des courbes de refroidissement des échantillons OK et NOK par rapport à la classe. Pour les échantillons OK, la similitude serait supérieure à 99 % et pour les échantillons NOK, la similitude serait inférieure à 99 %. Il est donc raisonnable de fixer un seuil de similitude à 99 %. En d'autres termes, les échantillons peuvent être considérés comme un "succès QC" lorsque la courbe de refroidissement présente une similarité avec la classe OK supérieure à 99 %. En fait, la fonction d'identification offre une fonction permettant d'exécuter automatiquement ce contrôle de qualité.
Comme le montre la figure 8, dans la fenêtre "Further settings", l'utilisateur peut définir un seuil (99% dans ce cas). Ensuite, lorsque la courbe de refroidissement d'un échantillon est chargée dans le logiciel Proteus® et qu'Identify est déclenché, la similarité de la courbe avec la classe est calculée et une marque QC "FAIL" ou "PASS" apparaît automatiquement en fonction du seuil QC prédéfini (figure 9).
Conclusion
Ces séries de mesures DSC et TGA ont été réalisées dans le but de trouver la source de la défaillance. Il a été déterminé que la qualité des films de PP dépend du comportement de cristallisation des granulés de PP.
Il est possible d'utiliser la température de début de cristallisation de la courbe de refroidissement DSC comme méthode simple de contrôle de la qualité.
Toutefois, une solution plus complète et plus fiable peut être obtenue en appliquant NETZSCH Identify pour comparer la courbe de refroidissement DSC de l'échantillon à une classe de référence, qui peut être construite à partir d'un certain nombre de courbes de refroidissement pour les échantillons OK. Identify peut calculer la similarité de la courbe de l'échantillon avec la classe et présenter automatiquement les résultats du CQ par le biais d'un seuil de CQ prédéfini.