| Published: 

Analiza uszkodzeń za pomocą DSC - Studium przypadku: Zerwanie opasek nylonowych

Wprowadzenie

Opaski nylonowe są produkowane metodą formowania wtryskowego przy użyciu zatwierdzonego przez UL PA66 (Nylon 66). Ze względu na dobrą kwasoodporność, odporność na korozję, właściwości izolacyjne i mechaniczne oraz stabilność starzenia, opaski nylonowe są szeroko stosowane w urządzeniach elektronicznych i elektrycznych, przewodach i kablach, lampach i latarniach, maszynach i sprzęcie, przemyśle stoczniowym, budownictwie i innych gałęziach przemysłu.

Wytrzymałość na zerwanie jest jednym z najważniejszych wskaźników wydajności opasek nylonowych, niezależnie od tego, czy pęknięcie występuje w części końcowej, środkowej czy odwrotnej, wytrzymałość na zerwanie powinna być wyższa niż wartość nominalna wytrzymałości na rozciąganie. Gdy wytrzymałość na zerwanie jest niższa niż wartość nominalna, jednym z rozwiązań jest zastąpienie obecnej opaski innym produktem o wyższej wytrzymałości na rozciąganie. Należy jednak wziąć pod uwagę możliwe przyczyny awarii opaski nylonowej, np. wysoka temperatura i długi czas przechowywania powodują starzenie i kruchość. Również utrata wilgoci znacząco wpływa na właściwości mechaniczne. Podstawową przyczyną zawsze może być zastąpienie oryginalnego materiału tanimi surowcami lub użycie materiałów pochodzących z recyklingu. Wreszcie, warunki przetwarzania mają istotny wpływ na ostateczną jakość opasek.

Przygotowanie próbki i warunki pomiaru

W niniejszej nocie aplikacyjnej przyczyny zerwania zostały przeanalizowane metodą DSC; szczegóły są następujące: Przygotowano 3 próbki opasek nylonowych: próbka nr 1 OK, próbka nr 2 Stock i próbka nr 3 NOK (pęknięta w środku), jak pokazano na rysunku 1. Warunki pomiaru są wyszczególnione w tabeli 1.

1) Zdjęcie próbek

Tabela 1: Parametry pomiarów DSC

PróbkaPróbka #1 OKPróbka #2 StockPróbka #3 NOK
Masa próbki [mg]9.489.039.04
Tygiel

Concavus® Tygle Al, przebijana pokrywa

Program temperatury

-50°C ... 300°C

Szybkość ogrzewania/chłodzenia

20 K/min

Atmosfera

Azot (20 ml/min)

Wyniki pomiarów

Dla porównania różnic pomiędzy trzema próbkami, krzywe grzania i chłodzenia zostały przedstawione odpowiednio na rysunkach 2 i 3. Próbka nr 1, próbka nr 2 i próbka nr 3 są przedstawione w kolorze czerwonym, zielonym i niebieskim.

Zgodnie z wynikamipierwszego ogrzewania, Temperatury i entalpie topnieniaEntalpia syntezy substancji, znana również jako ciepło utajone, jest miarą nakładu energii, zazwyczaj ciepła, która jest niezbędna do przekształcenia substancji ze stanu stałego w ciekły. Temperatura topnienia substancji to temperatura, w której zmienia ona stan ze stałego (krystalicznego) na ciekły (stopiony izotropowo).temperatura topnienia (szczyt 261,9°C) próbki #1 mieści się w zakresie teoretycznej temperatury topnienia PA66 (225°C do 265°C). Zakresy temperatur topnienia próbek #2 i #3 są dość podobne, chociaż kształty pików są różne. Na kształt pierwszej krzywej nagrzewania ma wpływ historia termomechaniczna (taka jak warunki przetwarzania, ale także przygotowanie próbki), dlatego nie będzie ona dalej omawiana.

2) Wyniki DSC dla pierwszej krzywej grzania (górne krzywe) i dla drugiej krzywej grzania (dolne krzywe)
3) Wyniki DSC dla krzywych chłodzenia

W celu bezpośredniego porównania materiału lepiej jest porównaćdrugie krzywe ogrzewania, ponieważ historia termiczna wszystkich próbek jest teraz dokładnie taka sama. Piki topnienia próbek #2 i #3 są dość podobne, co oznacza, że skład próbki #2 i próbki #3 jest najprawdopodobniej taki sam. Próbka #1 wykazuje zupełnie inne zachowanie podczas topnienia. Przypuszcza się zatem, że próbka #1 musi być wykonana z innego materiału.

Krzywe chłodzenia pokazują, że temperatura krystalizacji próbki nr 1 (szczyt 225,9°C) jest wyższa niż pozostałych 2 próbek, a temperatury krystalizacji próbek nr 2 i nr 3 są podobne.

Łącząc wynikidrugiego ogrzewania i chłodzenia, można założyć, że próbka nr 1 to prawdopodobnie PA66. Materiał próbek #2 i #3 jest dość podobny i może to być inny rodzaj poliamidu.

Aby zidentyfikować materiał próbek #2 i #3, użyto funkcji Identify oprogramowania Proteus®. Podobieństwo między drugą krzywą grzania próbki #2 i PA610 sięga 98,92% (zielona krzywa na rysunku 4 todruga krzywa grzania próbki #2, a czerwona krzywa to standardowa krzywa PA610 w bazie danych), co wskazuje, że materiałem próbek #2 i #3 jest prawdopodobnie PA610.

4) Zidentyfikuj wyniki próbki #2

Rysunek 5 przedstawia wynik identyfikacjidrugiej krzywej grzania próbki #1; podobieństwo między próbką #1 a PA66 w bazie danych KIMW* wynosi prawie 90%, co potwierdza poprzednie założenie.

*Baza danych KIMW dla pomiarów DSC polimerów, współpraca z Kunststoffinstitut Lüdenscheid, Niemcy

5) Zidentyfikuj wyniki próbki #1

Podsumowanie

Zgodnie z wynikami identyfikacji, próbka nr 1 OK jest wykonana z PA66, ale próbka nr 2 stock i próbka nr 3 NOK są wykonane z PA610. Właściwości mechaniczne PA66 i PA610 są różne, a zachowanie podczas topnienia i krystalizacji nie jest takie samo, nawet jeśli zostały przetworzone tą samą metodą; jeden z nich może zostać przegrzany lub zdegradowany, co może wpłynąć na wydajność produktów - na przykład może łatwo pękać.