Wprowadzenie
Formowanie wtryskowe jest jednym z najszybszych procesów produkcji wielkoseryjnej. Przy czasach cyklu czasami rzędu milisekund, w krótkim czasie można wyprodukować ogromną liczbę części. Czas cyklu jest ważny nie tylko dla opłacalności produkcji części, ale także dla uniknięcia degradacji materiału we wtryskarce. Jeśli czas przebywania w maszynie jest zbyt długi, materiał zaczyna ulegać degradacji, co ma konsekwencje nie tylko dla wyglądu optycznego, ale także dla właściwości mechanicznych. Ponadto długie przestoje mogą prowadzić do wydzielania się gazów w niektórych polimerach, które mogą być szkodliwe dla operatora lub środowiska.
Jednym z takich materiałów jest polioksymetylen (POM lub poliacetal), który jest szeroko stosowany w przemyśle motoryzacyjnym i elektroniki użytkowej. Jego wysoka sztywność, twardość i wytrzymałość wraz z doskonałymi właściwościami ślizgowymi i ciernymi sprawiają, że jest to odpowiedni materiał do wielu zastosowań technicznych. Ponadto charakteryzuje się dobrą odpornością chemiczną i właściwościami elektroizolacyjnymi. Jest to materiał na przekładnie mechaniczne, elementy ślizgowe i prowadzące, części obudowy, śruby, izolatory i szpule. Niektóre gatunki zostały zatwierdzone przez FDA (Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków) do stosowania w pompach do mleka i obudowach filtrów.
Gdy POM jest przechowywany w temperaturze przetwarzania przez dłuższy czas, np. podczas 30-minutowego przestoju maszyny, materiał wydziela formaldehyd. Dlatego temperatura ślimaka powinna zostać obniżona, gdy tylko stanie się oczywiste, że usunięcie błędu zajmie trochę czasu. Uwalnianie formaldehydu i jego zależność od czasu można badać za pomocą analizy TGA-FT-IR, która pozwala na badanie degradacji w postaci utraty masy i późniejszej analizy uwolnionych gazów.
Analiza śladów formaldehydu w POM przy użyciu TGA-FT-IR
selectNa potrzeby tego badania wybrano dwa materiały POM o podobnej charakterystyce płynięcia (oba medium klasy lepkości do formowania wtryskowego) i właściwościach fizycznych. Oba są zgodne z normami RoHS, ale tylko POM1 ma zatwierdzenie FDA; patrz tabela 1.
Tabela 1: Badane materiały
Nazwa | Właściwości | MFI [g/10 min] ISO 1133 | Zgodność z RoHS | Zatwierdzony przez FDA |
|---|---|---|---|---|
| POM1 | Wysoka sztywność, twardość, wytrzymałość, dobra odporność chemiczna; gatunek do formowania wtryskowego | 9 | Tak | Tak |
| POM2 | Wysoka sztywność, twardość, wytrzymałość, odporność na alkalia i organiczne chemikalia; gatunek do formowania wtryskowego | 10 | Tak | Nie |
Pomiary przeprowadzono na próbce NETZSCH PERSEUS® TG 209 F1 Libra® o masie około 70 mg podgrzanej z 25°C do 210°C przy szybkim tempie ogrzewania 80 K/min w atmosferze azotu. Ze względu na spodziewane straty próbki small, większa masa próbki została selected w celu uzyskania wyraźnej charakterystyki. Temperatura była następnie utrzymywana na stałym poziomie przez co najmniej 30 minut w celu zaobserwowania zmian masy materiałów.
Rysunek 1 przedstawia krzywe TGA dwóch różnych gatunków POM w temperaturze 210°C w funkcji czasu. Na lewej osi Y widoczna jest utrata masy w %. Można zauważyć, że utrata masy POM2 jest nieco wyższa niż w przypadku POM1.
Rysunek 2 przedstawia zmierzone widma FT-IR obu gatunków POM po 4 minutach w porównaniu z widmami library formaldehydu gazowego (różowy) i wody (czarny). Można zauważyć, że POM1 uwalnia tylko wodę, podczas gdy POM 2 wykazuje uwalnianie formaldehydu i wody podczas tej samej obróbki termicznej. Aby wygenerować ślady zależne od czasu, pokazane na rysunku 1, kolorowe obszary z rysunku 2 zostały przyjęte jako całkowite zakresy dla formaldehydu (3170 cm-1 - 2462 cm-1) i wody (4168 cm-1 - 3353 cm-1).
Początek uwalniania formaldehydu można oszacować na 2 minuty i 118°C.
W jaki sposób pomiary laboratoryjne korelują z przetwarzaniem ?
Oba gatunki POM są przetwarzane w temperaturze 210°C. Przedstawione wyniki wskazują, że już po kilku minutach przebywania w tej temperaturze POM2 uwalnia formaldehyd. Dlatego ważne jest, aby obniżyć temperaturę beczki natychmiast po wystąpieniu jakiegokolwiek błędu. Jest to zalecane z jednej strony, ponieważ usunięcie każdego błędu może zająć więcej niż kilka minut, a z drugiej strony schłodzenie stopionego materiału do niższej temperatury zajmuje kilka minut.
Ponadto można zauważyć, że chociaż oba gatunki są zgodne z RoHS, tylko gatunek zatwierdzony przez FDA, POM1, nie uwalnia żadnych mierzalnych ilości formaldehydu.