Veelvoorkomende oorzaken van defecten aan autotechnische thermoplasten

Defecten aan spuitgegoten thermoplastische onderdelen komen in allerlei vormen voor. Vaak is het gekozen materiaal of het productieproces van onderdelen de oorzaak van het probleem. Wanneer defecte onderdelen de machine verlaten, is het belangrijk om de onderliggende oorzaak van het defect te vinden om het productieproces, het materiaal of het ontwerp aan te passen en kosten op lange termijn te vermijden. De meeste thermoplastische defecten kunnen geanalyseerd worden met thermische analyse-instrumenten. We hebben twee veelvoorkomende defecten van thermoplasten geselecteerd en laten zien hoe thermische analyse kan helpen bij het vaststellen van de oorzaak van het defect.

Geval 1:

Breuk van een radiohoesje bij lage temperaturen

Een radiohoes in het dashboard van een auto is om onbekende redenen kapot gegaan. Men zou kunnen veronderstellen dat het verwerkte materiaal vervuild was met andere stoffen of dat er een verkeerde polymeer samenstelling was gebruikt om het kapotte onderdeel te produceren. Daarom werden in een eerste stap metingen uitgevoerd met een NETZSCH DSC 214 Polyma om de oorzaak van het defect te achterhalen. De methode is vooral geschikt voor een eerste beoordeling van de oorzaak van het falen, omdat het met relatief weinig inspanning veel inzicht geeft in de materiaaleigenschappen. Zowel een monster van een goed onderdeel als een monster van het slechte onderdeel werden onderworpen aan een temperatuurprogramma in een N2-atmosfeer met een verwarmingssnelheid van 10 K/min. Figuur 1 toont de meetresultaten. Boven de omgevingstemperatuur vertonen de twee monsters hetzelfde gedrag. De glasovergangstemperaturen en smeltpieken komen bij dezelfde temperatuur voor. Het goede monster heeft echter een tweede glasovergang bij ongeveer - 58 °C die ontbreekt in het slechte monster. De tweede glasovergang van het goede monster is terug te voeren op een elastomeer component, die zorgt voor een betere koude flexibiliteit en slagvastheid. Door het ontbreken van deze component in het monster van het slechte onderdeel, had de radiohoes niet de koude flexibiliteit die hij had moeten hebben en brak daardoor bij lage temperaturen.

Dit voorbeeld is een van de vele toepassingen van differentiële scanning calorimetrie bij de faalanalyse van thermoplastische onderdelen.

Casus 2:

Breuk van een thermoplastisch onderdeel onder spanning

In polymeren kunnen intensieve processen van stofoverdracht plaatsvinden. Gassen, organische oplosmiddelen, kleurstoffen en ook vocht kunnen in of door polymeren diffunderen. Geabsorbeerd vocht verandert echter de eigenschappen van polymeren. Dit omvat ook de mechanische eigenschappen van een polymeer, bijvoorbeeld de modulus, die een maat is voor de weerstand tegen elastische vervorming. Het bezwijken van een thermoplastisch onderdeel onder spanning kan ook gerelateerd worden aan de opname van vocht in het materiaal. Een dynamisch mechanisch analyseapparaat met een vochtgenerator kan helpen bij het bepalen van de mechanische eigenschappen bij verschillende vochtigheidsniveaus. In figuur 2 werd een polyamide 6 (PA) monster gemeten bij een frequentie van 1 Hz en een temperatuur van 40°C in trekmodus. De relatieve vochtigheid werd in de loop van de tijd stapsgewijs verhoogd van 0% naar 75%. De stijfheid (beschreven door de Elasticiteit en elasticiteitsmodulusRubberelasticiteit of entropie-elasticiteit beschrijft de weerstand van een rubber- of elastomeersysteem tegen een extern toegepaste vervorming of rek. opslagmodulus E') van het materiaal werd gemeten in deze stappen van relatieve vochtigheid. Het is duidelijk zichtbaar dat de stijfheid van het materiaal afneemt met de toename van de relatieve vochtigheid. Bij 50% relatieve vochtigheid daalde de Elasticiteit en elasticiteitsmodulusRubberelasticiteit of entropie-elasticiteit beschrijft de weerstand van een rubber- of elastomeersysteem tegen een extern toegepaste vervorming of rek. opslagmodulus met ongeveer 74%.

Dit voorbeeld laat zien hoe belangrijk het is om de mechanische eigenschappen van een polymeer te kennen onder gebruiksomstandigheden in een auto en in verschillende klimaten. Daarom is het van vitaal belang om thermoplastische materialen te gebruiken bij de constructie van auto-onderdelen en componenten die bestand zijn tegen de omstandigheden. De twee voorbeelden van veelvoorkomende oorzaken van falen van thermoplastische materialen laten zien dat thermische analysetechnieken en instrumenten kunnen helpen bij het bepalen van de redenen van falen.metingen met de DSC 214 Polyma kunnen helpen bij het beantwoorden van een grote verscheidenheid aan vragen. Meer informatie over Differentiële Scanning Calorimetrie vindt u hier. Analyse van materialen met een DMA 242 E Artemis geeft inzicht in temperatuurafhankelijke visco-elastische eigenschappen zoals stijfheid en dempingsgedrag. Meer informatie over Dynamische Mechanische Analyse vindt u hier.