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DSC를 이용한 플라스틱 부품의 재질 및 고장 분석

소개

폴리머 소재로 만든 부품은 경량화와 비용 효율적인 생산이 결정적인 역할을 하는 모든 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 열가소성 소재로 만든 사출 성형 부품은 수십 년 동안 자동차 산업에서 사용되어 왔지만, 현대 자동차의 경량화 솔루션에 대한 수요는 계속 증가하고 있습니다. 특히 전기 자동차 개발과CO2 배출량 저감을 위해 점점 더 많은 경량 소재의 자동차 부품이 사용되고 있습니다.

플라스틱 사용이 증가함에 따라 부품의 일관된 품질과 안정성을 보장할 수 있는 수단이 필요합니다. 여기서 재료 분석이 중요한 역할을 합니다. 부품의 기계적 특성은 여러 공정 단계에 의해 크게 영향을 받습니다. 예를 들어, 플라스틱에 페인트를 칠하는 것만으로도 최악의 경우 적절한 하중에 노출되었을 때 부품이 고장날 정도로 물리적 특성이 변할 수 있습니다. 따라서 처음부터 끝까지 제조 공정 전반에 걸쳐 재료의 일정한 품질을 보장하는 것이 중요합니다. 시차 주사 열량 측정(DSC)과 같은 열 분석 방법은 이와 같은 문제에 이상적인 도구입니다. 이 사례에서는 유리 섬유 강화 폴리아미드 6으로 제작된 하우징 부품이 클립 조인트와 연결되는 과정에서 클립 후크에서 취성을 보였습니다. 부품을 설치하는 동안 클립이 파손되었습니다. 이러한 고장의 경우 제조 체인 전반에 걸쳐 모든 잠재적 영향 요인을 조사하는 것이 중요합니다.

테스트 결과

손상된 부품과 iO 제어 부품에 대한 DSC 분석을 통해 고장 원인을 신속하게 파악했습니다. DSC 곡선은 그림 1에 나와 있습니다. 재료 조성 분석을 위해 열 이력의 영향이 더 이상 존재하지 않기 때문에 항상2차 가열 곡선을 평가합니다. 50.9°C에서 시료의 유리 전이와 함께 대조군 부분(녹색 곡선)은 221°C에서 용융 엔탈피가 53.7J/g(순수 PA 6의 경우 일반적)인 용융 흡열을 보였습니다. 그러나 niO 부분(손상된 부분)은 215°C에서 최고 온도와 45.2 J/g의 엔탈피로 측정할 수 있을 정도로 다른 거동을 보였습니다.

1) iO 부분(녹색 곡선)과 niO 부분(파란색 곡선)의 2차 가열에 대한 DSC 결과

그림 2의 확대된 스케일링에 표시된 niO 부품의 용융 프로파일에서도 239°C에서 두 번째 피크가 나타납니다. DSC 측정 결과 손상된 부품의 소재는 더 이상 순수한 폴리아미드 6이 아니라 폴리아미드 6과 폴리아미드 66의 혼합물임을 알 수 있습니다. 이 두 성분은 유텍틱을 형성할 수 있으며, 이는 용융 온도가 221°C(순수 PA 6)에서 215°C(PA 6 + PA 66)로 이동하는 것을 설명합니다. 두 시료의 차이는 냉각 중 서로 다른 결정화 프로파일에서도 확인할 수 있습니다(그림 3)

2) 그림 1에서 DSC의 확대된 스케일링 결과
3) iO 부분(녹색 곡선)과 niO 부분(파란색 곡선)의 냉각 곡선에 대한 DSC 결과

DSC 분석에서 결정화는 발열 효과로 관찰됩니다. 그림 4의 확대된 스케일링은 순수 PA6 샘플의 203°C에 비해 iO 부분의 물질 결정화 시작 온도가 217°C로 더 높다는 것을 보여줍니다. 피크의 면적도 iO 부분의 경우 더 작습니다.

4) 그림 3에서 확대된 스케일링

결론

이 예는 재료 구성이 완제품의 특성에 측정 가능한 영향을 미치며 열 분석을 사용하여 원료의 품질을 모니터링함으로써 고장을 방지할 수 있음을 명확하게 보여줍니다. DSC를 통한 열 분석을 사용하면 비교적 적은 노력으로 품질 관리를 수행할 수 있습니다.