Inleiding
Onderdelen van polymeermaterialen worden veel gebruikt op alle gebieden waar gewichtsvermindering en kosteneffectieve productie een beslissende rol spelen. Hoewel spuitgietonderdelen van thermoplastische materialen al tientallen jaren worden gebruikt in de auto-industrie, blijft de vraag naar lichtgewicht oplossingen voor moderne auto's toenemen. Vooral voor de ontwikkeling van elektrische voertuigen en voor het verlagen vande CO2-uitstoot worden steeds meer auto-onderdelen van lichte materialen gebruikt.
Het toegenomen gebruik van kunststoffen vereist een manier om een consistente kwaliteit en stabiliteit van de onderdelen te garanderen. Materiaalanalyse speelt hierbij een belangrijke rol. De mechanische eigenschappen van onderdelen worden aanzienlijk beïnvloed door veel processtappen. Zo kan bijvoorbeeld het verven van een kunststof de fysische eigenschappen zodanig veranderen dat deze in het ergste geval bezwijkt bij een redelijke belasting. Daarom is het belangrijk om de constante kwaliteit van materialen tijdens het hele fabricageproces te garanderen, van begin tot eind. Thermische analysemethoden zoals differential scanning calorimetrie (DSC) zijn ideale hulpmiddelen voor dit soort problemen. In het onderhavige geval vertoonde een behuizingcomponent van glasvezelversterkt polyamide 6 verbrossing bij de klemhaak tijdens de verbinding met de klemverbindingen. Tijdens de installatie van het onderdeel brak de clip. Voor dergelijke defecten is het cruciaal om alle mogelijke invloedsfactoren in de productieketen te onderzoeken.
Testresultaten
DSC-analyse van het beschadigde onderdeel en een iO-controleonderdeel identificeerde snel de oorzaak van de storing. De DSC-curven worden weergegeven in figuur 1. Voor analyse van de materiaalsamenstelling worden altijd de2e verwarmingskrommen geëvalueerd, omdat eventuele effecten van de thermische geschiedenis niet meer aanwezig zijn. Samen met de glasovergang van het monster bij 50,9 °C vertoonde het controledeel (groene curve) een smelteindtemperatuur bij 221 °C met een smeltenthalpie van 53,7 J/g (typisch voor zuiver PA 6). Het niO-deel (beschadigd) vertoonde echter een meetbaar ander gedrag, met een piektemperatuur bij 215 °C en een enthalpie van 45,2 J/g.
Het smeltprofiel van het niO-deel, op een vergrote schaal weergegeven in figuur 2, vertoont ook een tweede piek bij 239 °C. De resultaten van de DSC-metingen laten zien dat het materiaal van het beschadigde onderdeel niet langer zuiver polyamide 6 is, maar eerder een mengsel van polyamide 6 en polyamide 66. Deze twee componenten kunnen een eutecticum vormen, wat de verschuiving van het Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt).smeltpunt bij 239 °C verklaart. Deze twee componenten kunnen een eutectisch mengsel vormen, wat de verschuiving van de Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelttemperatuur van 221 °C (zuiver PA 6) naar 215 °C (PA 6 + PA 66) verklaart. De verschillen tussen de twee monsters kunnen ook worden afgelezen aan hun verschillende kristallisatieprofielen tijdens het afkoelen (figuur 3)
In de DSC-analyse wordt KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie waargenomen als een ExothermEen monsterovergang of een reactie is exotherm als er warmte wordt opgewekt.exotherm effect. De vergrote schaalverdeling in figuur 4 toont verder een hogere aanvangstemperatuur voor KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie van het materiaal van het iO-deel bij 217 °C, vergeleken met 203 °C voor het zuivere PA6-monster. Het gebied van de piek is ook kleiner voor het iO deel.
Conclusie
Dit voorbeeld toont duidelijk aan dat de materiaalsamenstelling een meetbare invloed heeft op de eigenschappen van een afgewerkt onderdeel en dat defecten kunnen worden voorkomen door thermische analyse te gebruiken om de kwaliteit van de grondstof te controleren. Kwaliteitscontrole kan met relatief weinig moeite worden bereikt met thermische analyse door middel van DSC.