Film Polimer Berorientasi Biaksial: Mengapa Mengembalikan Kekuatan Itu Penting

Pendahuluan

Foil polimer termoplastik banyak digunakan di berbagai sektor industri karena keunggulannya dalam hal efektivitas biaya, bobot yang ringan, fleksibilitas, dan sifat fisik dan kimia yang unik. Aplikasi termasuk, tetapi tidak terbatas pada pengemasan, label, selubung kabel yang dapat menyusut panas, pelapis, dan foil pemisah kapasitor dan baterai.

Dalam kasus di mana sifat-sifat foil setelah ekstrusi tidak cukup untuk aplikasi, foil dapat diregangkan untuk meningkatkan sifat-sifatnya. Manfaat dari pemrosesan tersebut berkisar dari meningkatkan sifat mekanik - dengan meningkatkan kekuatan luluh atau modulus Young hingga meningkatkan sifat optik yang terkait dengan transparansi foil, menurunkan permeabilitas kelembaban, atau meningkatkan tegangan tembus pada aplikasi listrik.

Produksi foil tersebut dapat diklasifikasikan ke dalam ekstrusi foil yang ditiup atau dituang. Lebih lanjut, tergantung pada pemrosesan yang berdampak pada lembaran yang diekstrusi, seseorang membedakan antara polimer yang berorientasi biaksial atau uniaksial (BO). Untuk kasus terakhir, ini dapat dicapai dengan peregangan foil secara berurutan atau simultan [1]. Proses peregangan selanjutnya terjadi di atas suhu transisi gelas, tetapi jauh di bawah Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh polimer. Pemanjangan ke arah mesin (MD), yaitu sepanjang arah pergerakan foil, dilakukan dengan menarik foil di antara gulungan yang berputar pada kecepatan yang berbeda. Dengan ini, set gulungan kedua berputar lebih cepat daripada set pertama [1]. Dalam kasus penarikan secara berurutan, foil kemudian dipindahkan ke oven, di mana foil direntangkan pada bingkai tenter. Di sini, penjepit memegang tepi foil dan menarik foil dengan cara menjauhkannya secara bertahap [1].

Proses peregangan ini dapat menghasilkan ketebalan foil di wilayah μm yang lebih rendah. Proses ini menginduksi orientasi molekul preferensial dari rantai polimer dalam foil. Orientasi preferensial inilah yang memperkenalkan kecenderungan tertentu ke arah penyusutan foil selama pemanasan. Hal ini dapat menjadi penting ketika foil mengalami suhu yang lebih tinggi, yang dapat menyebabkan perilaku produk yang tidak terduga, atau, dalam kasus terburuk, kegagalan produk selama layanan.

Penyusutan Panas dan Mengembalikan Kekuatan ReganganFoil Polimer

Jika foil yang diregangkan dengan orientasi preferensial tidak dibatasi oleh kondisi batas spasial apa pun, foil tersebut akan menyusut pada saat dipanaskan di atas ambang batas tertentu. Prosedur ini dicakup oleh standar internasional seperti ASTM D1204 dan ASTM D2732. Namun demikian, foil sering digunakan dalam kombinasi dengan bahan lain. Dalam hal ini, foil disempitkan dari setidaknya satu sisi dan terhambat dalam kontraksinya. Oleh karena itu, pengembangan gaya pemulihan, atau lebih tepatnya, tekanan dalam foil polimer menjadi hal yang menarik.

Dengan bantuan NETZSCH DMA 303 Eplexor^®, perilaku ini dapat dikarakterisasi untuk program suhu / waktu yang dipilih khusus dengan melakukan pengukuran di bawah deformasi konstan.

Eksperimental

Polipropilena berorientasi biaksial (BO-PP) diselidiki dengan pemegang sampel tegangan baja (ditunjukkan pada gambar 1) dari NETZSCH DMA 303 Eplexor^®. Ketebalan sampel nominal adalah 6 μm. Foil dipotong dengan lebar 10 mm. Panjang spesimen diukur dengan sistem deteksi panjang sampel otomatis dari DMA 303 Eplexor^®.

Pengukuran sampel yang dipotong sepanjang MD dan arah melintang (TD, 90 ° relatif terhadap MD) dilakukan. Sebelum pengukuran, foil diberi gaya statis 0,01 N untuk menjamin bahwa sampel tidak menggembung. Dengan dimulainya pengukuran, deformasi sampel diatur ke 0 mm dan gaya statis yang diterapkan dihilangkan. Selanjutnya, sampel dipanaskan dari suhu awal 30°C dengan laju pemanasan target 20 K/menit hingga suhu IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal yang diinginkan yaitu 60°C, 90°C, dan 110°C. Segmen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal dijalankan sebagai Sapuan RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. Relaksasi. Selama kedua segmen, gaya dan tegangan sampel dicatat masing-masing sebagai fungsi waktu.

Selama pemanasan, ekspansi termal material tidak dapat diabaikan dalam pengukuran semacam ini. Dengan demikian, seperti yang ditunjukkan di sini, percobaan harus dilakukan secara IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal untuk menghindari superposisi ekspansi termal dan gaya pemulihan yang terjadi selama pemanasan terus menerus.

Ikhtisar parameter yang digunakan dalam rangkaian pengukuran ini dirangkum dalam tabel 1.

Hasil Pengukuran

Pada gambar 2, tegangan yang dihitung dari sampel MD sebagai fungsi waktu ditunjukkan untuk suhu IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal yang berbeda yaitu 60°C (kurva hitam), 90°C (kurva merah) dan 110°C (kurva biru). Setelah waktu inkubasi tertentu, penumpukan tegangan tampaknya berlangsung secara eksponensial hingga mencapai nilai plateau untuk pengukuran pada suhu 90°C dan 110°C. Penumpukan tekanan dengan foil terjadi lebih cepat untuk suhu yang lebih tinggi. Pada suhu 60°C atau lebih rendah, tidak ada peningkatan tegangan yang terukur yang dapat dideteksi. Selama durasi 2 jam, tidak ada peningkatan tegangan yang signifikan yang teramati.

Dalam kasus foil TD (ditunjukkan pada gambar 3), tidak ada perilaku eksponensial yang signifikan dalam kurva tegangan yang dapat diamati untuk salah satu dari tiga suhu IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal yang berbeda. Untuk pengukuran pada suhu 110°C, sedikit peningkatan mungkin menunjukkan adanya penumpukan small tegangan. Namun, peningkatan tegangannya adalah small dibandingkan dengan pengukuran foil MD pada suhu yang sama.

Kesimpulan

Peregangan foil selama proses pembuatan memperkenalkan orientasi preferensi rantai polimer di sepanjang arah gambar. Meskipun hal ini menghasilkan sejumlah sifat yang lebih baik pada foil, namun hal ini dapat menyebabkan keterbatasan dalam kegunaan pada suhu yang lebih tinggi. Karena konfigurasi rantai polimer yang paling stabil adalah distribusi orientasi isotropik (sehingga memaksimalkan entropi dan menurunkan energi bebas Gibbs sistem), rantai polimer akan mulai kembali ke kondisi ini saat dipanaskan kembali.

Dibandingkan dengan foil TD, foil MD menunjukkan tekanan hingga 1,4 MPa selama pengukuran pada suhu 110°C. Tidak ada kekuatan pemulihan yang signifikan yang terdeteksi untuk foil TD.

Hal ini sesuai dengan kurangnya penarikan TD selama pembuatan foil, sehingga tidak ada tekanan yang terdeteksi pada orientasi ini.