Bevezetés
A polimer anyagokból készült alkatrészeket széles körben alkalmazzák minden olyan területen, ahol a súlycsökkentés és a költséghatékony gyártás döntő szerepet játszik. Bár a hőre lágyuló műanyagokból készült fröccsöntött alkatrészeket már évtizedek óta használják az autóiparban, a modern autókban a könnyűszerkezetes megoldások iránti igény folyamatosan növekszik. Különösen az elektromos járművek fejlesztése és aCO2-kibocsátás csökkentése érdekében egyre több könnyű anyagokból készült autóipari alkatrész kerül alkalmazásra.
A műanyagok fokozott használata szükségessé teszi az alkatrészek egyenletes minőségének és stabilitásának biztosítását. Ebben az anyagelemzésnek nagy szerepe van. Az alkatrészek mechanikai tulajdonságait számos technológiai lépés jelentősen befolyásolja. Például egy műanyag egyszerű festése olyan mértékben megváltoztathatja fizikai tulajdonságait, hogy a legrosszabb esetben ésszerű terhelés hatására meghibásodik. Ezért fontos az anyagok állandó minőségének biztosítása az egész gyártási folyamat során, az elejétől a végéig. A hőelemzési módszerek, például a differenciál pásztázó kalorimetria (DSC) ideális eszközök az ilyen jellegű kérdések megoldására. Az itt vizsgált esetben egy üvegszál-erősítésű Poliamid 6 poliamidból készült házalkatrész a klipszhorognál a klipszkötésekkel való csatlakozás során ridegséget mutatott. Az alkatrész beépítése során a klipsz eltört. Az ilyen meghibásodások esetén alapvető fontosságú az összes lehetséges befolyásoló tényező vizsgálata a teljes gyártási láncban.
Teszteredmények
A sérült alkatrész és egy iO ellenőrző alkatrész DSC-elemzése gyorsan azonosította a hiba okát. A DSC-görbéket az 1. ábra mutatja be. Az anyagösszetétel elemzéséhez mindig a2. fűtési görbéket értékeljük ki, mivel a hőtörténet esetleges hatásai már nincsenek jelen. A minta 50,9 °C-os üvegesedési átmenete mellett a kontrollrész (zöld görbe) 221 °C-os olvadási endotermát mutatott 53,7 J/g olvadási entalpiával (a tiszta PA 6-ra jellemző). A niO rész (sérült) azonban mérhetően eltérő viselkedést mutatott, 215°C-os csúcshőmérséklettel és 45,2 J/g entalpiával.
A niO rész olvadási profilja, amely a 2. ábrán nagyított méretarányban látható, szintén egy második csúcsot mutat 239°C-on. A DSC mérések eredményei azt mutatják, hogy a sérült alkatrész anyaga már nem tiszta poliamid 6, hanem poliamid 6 és poliamid 66 keveréke. Ez a két komponens eutektikumot képezhet, ami megmagyarázza az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadási hőmérséklet eltolódását 221°C-ról (tiszta PA 6) 215°C-ra (PA 6 + PA 66). A két minta közötti különbségek a hűtés közbeni eltérő kristályosodási profilokból is láthatóak (3. ábra)
A DSC-elemzésben a KristályosodásA kristályosodás a kristályok kialakulása és növekedése során végbemenő fizikai folyamat. E folyamat során kristályosodási hő szabadul fel.kristályosodás exoterm hatásként figyelhető meg. A 4. ábrán látható nagyított skálázás továbbá azt mutatja, hogy az anyag KristályosodásA kristályosodás a kristályok kialakulása és növekedése során végbemenő fizikai folyamat. E folyamat során kristályosodási hő szabadul fel.kristályosodásának kezdeti hőmérséklete az iO részből 217°C-nál magasabb, mint a tiszta PA6 minta 203°C-os hőmérséklete. A csúcs területe is kisebb az iO rész esetében.
Következtetés
Ez a példa egyértelműen bizonyítja, hogy az anyagösszetétel mérhetően befolyásolja a kész alkatrész tulajdonságait, és hogy a nyersanyag minőségének ellenőrzésére szolgáló hőelemzéssel elkerülhetők a hibák. A minőségellenőrzés viszonylag kis erőfeszítéssel elvégezhető a DSC segítségével végzett hőelemzéssel.