POM 작업 시 머신 다운타임이 중요한 이유

소개

사출 성형은 대량 제조를 위한 가장 빠른 공정 중 하나입니다. 사이클 시간이 밀리초 범위인 경우도 있기 때문에 단시간에 많은 수의 부품을 생산할 수 있습니다. 사이클 타임은 부품 생산의 수익성뿐만 아니라 사출 성형기 내 재료의 열화를 방지하는 데에도 중요합니다. 기계에 머무는 시간이 너무 길면 재료가 열화되기 시작하여 외관뿐만 아니라 기계적 특성에도 영향을 미칩니다. 또한 가동 중단 시간이 길어지면 특정 폴리머에서 작업자나 환경에 유해할 수 있는 가스가 발생할 수 있습니다.

이러한 소재 중 하나로 자동차 및 가전 산업에서 광범위하게 사용되는 폴리옥시메틸렌(POM 또는 폴리아세탈)이 있습니다. 높은 강성, 경도 및 인성과 함께 뛰어난 슬라이딩 및 마찰 특성으로 인해 많은 기술 응용 분야에 적합한 소재입니다. 또한 내화학성과 전기 절연성이 우수합니다. 기계식 기어, 슬라이딩 및 가이드 요소, 하우징 부품, 나사, 절연체 및 보빈에 사용되는 소재입니다. 일부 등급은 FDA(미국 식품의약국)에서 우유 펌프 및 필터 하우징에 사용할 수 있도록 승인되었습니다.

POM을 가공 온도에서 장시간 보관할 경우(예: 기계 가동 중단 시간 30분 동안) 포름알데히드를 방출합니다. 따라서 오류를 해결하는 데 시간이 걸릴 것이 분명해지면 즉시 스크류의 온도를 낮춰야 합니다. 포름알데히드의 방출과 시간 의존성은 질량 손실의 형태로 분해되는 것을 연구할 수 있는 TGA-FT-IR 분석을 사용하여 연구할 수 있으며, 이후 진화한 가스를 분석할 수 있습니다.

TGA-FT-IR을 이용한 POM의 포름알데히드 미량 분석

이 연구에서는 유동 거동과 물리적 특성이 유사한 두 가지 POM 소재(모두 medium 점도 사출 성형 등급)를 선택했습니다. 둘 다 RoHS 표준을 준수하지만 POM1만 FDA 승인을 받았습니다(표 1 참조).

표 1: 연구 대상 자료

측정은 질소 분위기에서 80K/min의 빠른 가열 속도로 25°C에서 210°C로 가열된 약 70mg의 시료 질량으로 NETZSCH PERSEUS^® TG 209 F1 Libra^® 을 사용하여 수행되었습니다. 예상되는 small 샘플 손실로 인해 명확한 특성 분석을 위해 더 높은 샘플 질량을 선택했습니다. 그런 다음 온도를 최소 30분 동안 일정하게 유지하여 재료의 질량 변화를 관찰했습니다.

그림 1은 210°C에서 두 가지 다른 POM 등급의 TGA 곡선을 시간에 따른 함수로 보여줍니다. 왼쪽 Y축에서 질량 손실(%)을 확인할 수 있습니다. POM2의 질량 손실이 POM1보다 약간 더 높다는 것을 알 수 있습니다.

그림 2는 포름알데히드 가스(분홍색)와 물(검은색)의 라이브러리 스펙트럼과 비교하여 4분 동안 두 POM 등급의 측정된 FT-IR 스펙트럼을 보여줍니다. POM1은 물만 방출하는 반면, POM 2는 동일한 온도 처리 중에 포름알데히드와 물이 모두 방출되는 것을 볼 수 있습니다. 그림 1에 표시된 시간 의존적 추적을 생성하기 위해 그림 2의 색상 영역은 포름알데히드(^3170cm-1 - ^2462cm-1)와 물(^4168cm-1 - ^3353cm-1)에 대한 적분 범위로 사용되었습니다.

포름알데히드 방출의 시작은 2분, 118°C에서 추정할 수 있습니다.

실험실 측정은 처리와 어떤 상관관계가 있나요?

두 POM 등급 모두 210°C에서 처리됩니다. 여기에 표시된 결과는 이 온도에서 단 몇 분만 머무르면 POM2가 포름알데히드를 방출한다는 것을 나타냅니다. 따라서 오류가 발생하면 즉시 배럴의 온도를 낮추는 것이 중요합니다. 이는 오류가 해결되는 데 몇 분 이상 걸릴 수 있고 용융물이 더 낮은 온도로 냉각되는 데 몇 분이 걸리기 때문에 한편으로는 권장되는 조치입니다.

또한 두 등급 모두 RoHS를 준수하지만, FDA 승인 등급인 POM1만 측정 가능한 양의 포름알데히드를 방출하지 않는다는 것을 알 수 있습니다.