Pendahuluan
Selama pencetakan injeksi, rongga cetakan temper diisi secara volumetrik dengan lelehan polimer termoplastik, diikuti dengan tekanan penahan untuk mengkompensasi penyusutan polimer selama KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi, sebelum pendinginan dan pengeluaran bagian yang sudah jadi.
Bagian terpanjang dari siklus pencetakan ini adalah waktu pendinginan, yang ditentukan oleh suhu lelehan dan cetakan serta waktu sebelum pengeluaran polimer dimungkinkan. Permintaan untuk menguranginya adalah kebutuhan permanen untuk meningkatkan output.
Potensi untuk mempersingkat waktu siklus dapat dieksploitasi dengan pengurangan suhu lelehan dan cetakan. Namun hal ini dapat berdampak negatif pada kemampuan aliran lelehan dan Kristalinitas / Derajat KristalinitasKristalinitas mengacu ke tingkat keteraturan struktural suatu benda padat. Dalam kristal, susunan atom atau molekulnya konsisten dan berulang-ulang. Banyak bahan seperti keramik kaca dan beberapa polimer dapat dipersiapkan sedemikian rupa untuk menghasilkan campuran daerah kristal dan amorf. kristalinitas produk akhir dan oleh karena itu, sifat mekaniknya.
Kemungkinan untuk mempersingkat waktu siklus adalah peningkatan suhu ejeksi dengan meningkatkan suhu KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi. Hal ini dapat dicapai dengan menambahkan zat nukleasi. Selain itu, bahan nukleasi yang terdistribusi dengan baik meningkatkan jumlah inti sel yang mengarah pada pengurangan ukuran spherolit akhir. Yang disebut agen penjernih menyebabkan penurunan kabut dan peningkatan kejernihan misalnya, produk polipropilena transparan [1].
Perilaku KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi termoplastik dan ketergantungannya pada suhu, jenis aditif, dan konsentrasi aditif dapat diselidiki dengan eksperimen KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasiIsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal melalui DSC. Eksperimen ini memungkinkan penyelidikan formulasi aditif yang tepat serta parameter pemrosesan yang dioptimalkan untuk cetakan injeksi.
Hingga saat ini, KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasiIsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal poliolefin tidak mudah diukur dalam DSC fluks panas karena dua alasan. Pertama, prosesnya sangat cepat, sehingga polimer sudah mengkristal selama pendinginan jika suhu IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermalKristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi tidak tercapai cukup cepat. Selain itu, suhu yang terlalu rendah di bawah segmen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal yang diprogramkan, secara tidak sengaja akan menginduksi dimulainya KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi. Kombinasi laju pendinginan yang cepat dan penyeimbangan yang cepat pada suhu target tanpa undershot biasanya membuat DSC kompensasi daya lebih cocok untuk jenis pengukuran ini daripada DSC fluks panas yang lebih berat namun lebih kuat.
Kristalisasi Isotermal LDPE (Polietilen Densitas Rendah) Kondisi
LDPE adalah salah satu termoplastik semi-kristal yang paling menantang untuk melakukan eksperimen KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasiIsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal dengan menggunakan DSC karena perilaku KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi yang cepat, terkait dengan energi aktivasi yang sangat tinggi, dan suhu KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi yang rendah sekitar 100°C.
DSC 214 Polyma digunakan untuk menyelidiki KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal LDPE. Berkat massa termal rendah Arena® tungku, ini adalah DSC pertama yang menggabungkan kekokohan dan penanganan yang mudah dari pengaturan fluks panas dengan kemungkinan pemanasan dan pendinginan yang cepat. Parameter kontrol yang tepat digunakan untuk mengoptimalkan peralihan dari pendinginan cepat ke segmen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal.
Sampel 2,90 mg dipanaskan pada 20 K/menit hingga 150°C. Setelah IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal selama 2 menit, LDPE didinginkan hingga mencapai suhu target 103°C. Suhu dijaga tetap IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal hingga akhir puncak EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas.eksotermik yang disebabkan oleh KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi.
Hasil Tes
Disajikan pada gambar 1 adalah profil suhu pendinginan dari 150°C hingga 103°C dan langkah IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal (biru) serta sinyal DSC yang sesuai (hijau). Ini menunjukkan bahwa suhu target dengan cepat dicapai tanpa undershot dan tetap stabil selama segmen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal lengkap. Puncak eksotermis yang terdeteksi selama segmen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal disebabkan oleh KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi LDPE. Hal ini dipisahkan dengan baik dari efek DSC yang berasal dari perubahan dari pendinginan cepat ke pendinginan IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal, yang memungkinkan evaluasi entalpi puncak yang benar.
Dari Kurva DSC hingga Penentuan Kristalisasi Kinetika
Sebuah studi eksperimental dilakukan untuk menentukan energi aktivasi dan urutan pertumbuhan kristal sebagai fungsi waktu, dengan asumsi bahwa hanya ada satu jenis nukleasi yang terjadi dan hanya ada satu bentuk kristal yang berkembang [2]. Hal ini dapat dimodelkan dengan persamaan berikut [3]:
dα/dT = k(T)f(α),
dengan
dα/dt: laju reaksi [s-1],
k(T): konstanta laju spesifik pada suhu T, k(T) = Ze-E/RT
f(α): fungsi konversi
Persamaan Avrami yang dipercepat digunakan sebagai fungsi konversi:
f(α) = p(1-α) [-n(1-α](p-1)p
di mana n dan p adalah suku orde reaksi parsial.
Untuk reaksi pada suhu tertentu T, persamaan Avrami dapat dituliskan sebagai:
In[-In(1-α)] = Pln[k(T)] + p In[t]
yang sesuai dengan persamaan: y = mx + b
dengan y = ln[-ln(1-α)], m = p dan b = pln[k(T)].
Resolusi persamaan membutuhkan pengukuran pada suhu IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal yang berbeda. Oleh karena itu, pengukuran sebelumnya yang ditunjukkan pada gambar 1 diulangi dengan menggunakan suhu IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal 101,5°C, 102,5°C, dan 103,5°C.
Hasil dari empat uji KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal ditampilkan pada gambar 2.
Puncak eksotermis yang terdeteksi pada masing-masing dari empat kurva DSC disebabkan oleh KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi LDPE. Suhu IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal memiliki banyak pengaruh pada perilaku KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi. Entalpi KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi meningkat dengan menurunnya suhu pengujian: hanya 28,8 J/g untuk pengukuran pada 103,5°C dan 42,2 J/g jika pengujian hanya dilakukan pada 101,5°C. Suhu juga memengaruhi laju KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi: semakin rendah suhu, semakin cepat reaksinya. Hal ini ditunjukkan dengan jelas oleh waktu yang dicapai untuk setiap puncak minimum. Semua hasil dilaporkan dalam tabel 1.
Keempat kurva ini digunakan untuk melakukan analisis kinetik sesuai dengan metode uji C untuk mempercepat reaksi Avrami yang dijelaskan dalam ASTM E2070-13 (bagian 17). Untuk itu, entalpi puncak ditentukan pada setiap kurva DSC. Kemudian, interval waktu dipilih untuk mendapatkan sepuluh bagian yang berjarak sama antara sekitar 10% dan 90% dari area puncak yang lengkap. Untuk setiap nilai waktu ini, area parsial dari puncak KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi digunakan untuk menentukan fraksi yang tersisa 1-α sebagai berikut:
1-α = ΔHr/ΔHc
di mana ΔHr adalah entalpi yang tersisa dan ΔHc adalah entalpi puncak total.
Tabel 1: Hasil kristalisasi IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal LDPE pada empat suhu yang berbeda
Suhu isotermal [°C] | Entalpi kristalisasi (J/g) | Waktu minimum puncak [2] |
|---|---|---|
| 103.5 | -28.8 | 420 |
| 103.0 | -33.9 | 307 |
| 102.5 | -36.2 | 222 |
| 101.5 | -42.2 | 160 |
Contoh perhitungan dalam perangkat lunak Proteus® berdasarkan pengukuran pada suhu 103,5°C diberikan pada gambar 3.
Grafik ln[-ln(1-α)] sebagai fungsi dari ln[waktu] yang berasal dari kurva terukur digambarkan pada gambar 4. Korelasi yang baik ditemukan antara 11 titik dan kecocokan linier yang memiliki bentuk y = mx + b di mana kemiringan m adalah orde reaksi p dan intersep b adalah pln[k(T)]. Baik kemiringan maupun intersep digunakan untuk menentukan ln[k(T)].
ln[k(T)] ditentukan dengan cara yang sama untuk setiap suhu isotermal, sehingga kurva ln[k(T)] sebagai fungsi 1/T dapat digambar (gambar 5). Korelasi keempat titik ini dan kecocokan linier sangat baik. Di sini sekali lagi, kecocokannya adalah garis dengan bentuk y = mx + b di mana m = -E/R dan b = ln(Z) (E: energi aktivasi, R = 8,314510 J/(K-mol), Z: faktor pra-eksponensial)
Berkat kemiringannya, semua parameter kinetik kristalisasi dengan deviasi standarnya [4] dapat ditentukan:
E = -612 ± 6 kJ/mol
ln(Z) = -202 ± 23
p = 1,7 ± 0,7
Kesimpulan
Parameter kinetik kristalisasi LDPE ditentukan melalui uji kristalisasi isotermal pada suhu yang berbeda. Investigasi semacam itu berguna untuk mengetahui pengaruh aditif sebagai agen nukleasi pada perilaku kristalisasi termoplastik semi-kristal. Selanjutnya, suhu cetakan yang ideal dapat ditentukan terutama untuk cetakan dengan dinding yang tipis. LDPE mengkristal dengan sangat cepat, sehingga hasil tersebut hanya dapat dicapai dengan menggunakan instrumen DSC yang menggabungkan laju pendinginan yang cepat serta penyeimbangan sinyal DSC yang cepat pada awal segmen isotermal. DSC 214 Polyma adalah DSC fluks panas pertama yang mampu mencapai laju pendinginan setinggi itu dan memberikan waktu respons yang cepat.