Bevezetés
A fröccsöntés az egyik leggyorsabb eljárás a nagy volumenű gyártáshoz. Az olykor milliszekundumos ciklusidővel rövid idő alatt nagyszámú alkatrész gyártható. A ciklusidő nemcsak az alkatrészgyártás jövedelmezősége szempontjából fontos, hanem a fröccsöntőgépben lévő anyag degradációjának elkerülése miatt is. Ha a gépben való tartózkodási idő túl hosszú, az anyag degradálódni kezd, ami nemcsak az optikai megjelenésre, hanem a mechanikai tulajdonságokra is hatással van. Továbbá a hosszú állásidő bizonyos polimerekben olyan gázok kialakulásához vezethet, amelyek károsak lehetnek a kezelőre vagy a környezetre.
Az egyik ilyen anyag a polioximetilén (POM vagy poliacetál), amelyet széles körben használnak az autóiparban és a fogyasztói elektronikai iparban. Nagy merevsége, keménysége és szívóssága, valamint nagyszerű csúszási és súrlódási tulajdonságai számos műszaki alkalmazáshoz megfelelő anyaggá teszik. Ezenkívül jó kémiai ellenálló és elektromos szigetelő tulajdonságokkal rendelkezik. Mechanikus fogaskerekek, csúszó- és vezetőelemek, házrészek, csavarok, szigetelők és orsók anyaga. Egyes fajtáit az FDA (Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala) engedélyezte tejszivattyúkban és szűrőházakban való felhasználásra.
Ha a POM-ot hosszabb ideig feldolgozási hőmérsékleten tartják, pl. 30 perces gépleállás alatt, az anyag formaldehidet bocsát ki. Ezért a csavar hőmérsékletét csökkenteni kell, amint nyilvánvalóvá válik, hogy a hiba elhárítása hosszabb időt vesz igénybe. A formaldehid felszabadulása és annak időfüggése TGA-FT-IR analízissel tanulmányozható, amely lehetővé teszi a lebomlás tömegveszteség formájában történő tanulmányozását és a keletkező gázok későbbi elemzését.
Formaldehidnyomok elemzése POM-ban a TGA-FT-IR segítségével
Ehhez a vizsgálathoz két hasonló folyási viselkedésű POM-anyagot (mindkettő medium viszkozitású fröccsöntési minőség) és fizikai tulajdonságokat választottunk. Mindkettő megfelel a RoHS-szabványoknak, de csak a POM1 rendelkezik FDA-jóváhagyással; lásd az 1. táblázatot.
1. táblázat: Vizsgált anyagok
Név | Tulajdonságok | MFI [g/10 perc] ISO 1133 | RoHS-konform | FDA által jóváhagyott |
|---|---|---|---|---|
| POM1 | Nagy merevség, keménység, szívósság, jó kémiai ellenállás; fröccsöntési minőség | 9 | Igen | Igen |
| POM2 | Nagy merevség, keménység, szívósság, lúgokkal és szerves anyagokkal szembeni ellenállás vegyi anyagokkal szemben; fröccsöntési minőség | 10 | Igen | Nem |
A méréseket egy NETZSCH PERSEUS® TG 209 F1 Libra® TG 209 készülékkel végeztük, amelynek mintatömege körülbelül 70 mg volt, és amelyet 25 °C-ról 210 °C-ra melegítettünk, 80 K/perc gyors fűtési sebességgel, nitrogén atmoszférában. A várható small mintaveszteségek miatt a minta nagyobb tömegét választottuk az egyértelmű jellemzéshez. A hőmérsékletet ezután legalább 30 percig állandó értéken tartottuk, hogy megfigyelhessük az anyagok tömegváltozását.
Az 1. ábra a két különböző POM-típus TGA-görbéit mutatja 210°C-on az idő függvényében. A bal oldali Y-tengelyen a tömegveszteség %-ban látható. Látható, hogy a POM2 tömegvesztesége valamivel nagyobb, mint a POM1 esetében.
A 2. ábra mindkét POM-típus mért FT-IR spektrumát mutatja 4 perc alatt, összehasonlítva a formaldehidgáz (rózsaszín) és a víz (fekete) könyvtári spektrumával. Megfigyelhető, hogy a POM1 csak vizet bocsát ki, míg a POM 2 formaldehid és víz felszabadulását mutatja ugyanezen hőmérsékleti kezelés során. Az 1. ábrán látható időfüggő nyomvonalak létrehozásához a 2. ábra színes területeit vettük a formaldehid (3170 cm-1 - 2462 cm-1) és a víz (4168 cm-1 - 3353 cm-1) integrál tartományainak.
A formaldehid felszabadulásának kezdete 2 percnél és 118 °C-nál becsülhető.
Hogyan korrelál a laboratóriumi mérés a feldolgozással?
Mindkét POM-típust 210°C-on dolgozzák fel. Az itt bemutatott eredmények azt mutatják, hogy a POM2 már néhány perces tartózkodási idő után formaldehidet bocsát ki ezen a hőmérsékleten. Ezért fontos lenne a hordó hőmérsékletét azonnal csökkenteni, miután bármilyen hiba történt. Ez egyrészt azért tanácsos, mert egy esetleges hiba elhárítása néhány percnél tovább tarthat, másrészt pedig több percbe telik, amíg az olvadék lehűl alacsonyabb hőmérsékletre.
Továbbá látható, hogy bár mindkét minőség megfelel a RoHS-nek, csak az FDA által jóváhagyott minőség, a POM1 nem bocsát ki mérhető mennyiségű formaldehidet.