Otimização dos parâmetros de moldagem por injeção de HDPE por meio de DSC e Kinetics Neo

Introdução

A moldagem por injeção é o principal processo no setor de polímeros para a produção de peças com um formato definido. O polímero fundido é injetado em uma cavidade de molde relativamente fria, onde é resfriado rapidamente. A temperatura do molde influencia diretamente a taxa de CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização e, portanto, as propriedades do produto final, por isso deve ser perfeitamente definida. Para esse fim, o uso de um DSC para testes de CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização isotérmica, em que o comportamento de um polímero no molde é simulado, é um ganho real de tempo.

Resfriamento e estabilização rápidos

Para testes de CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização isotérmica, um DSC deve atender a dois requisitos. A amostra deve ser resfriada muito rapidamente para evitar o início da CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização durante o resfriamento. Além disso, a temperatura deve ser estabilizada na temperatura de CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização especificada, sem que haja qualquer sub ou superação. Uma temperatura abaixo da especificada, em especial, pode levar ao início prematuro da CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado. cristalização. Alguns polímeros, como as poliolefinas, cristalizam muito rapidamente. Apenas alguns segundos em uma temperatura ligeiramente abaixo da temperatura-alvo podem iniciar involuntariamente a CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado. cristalização.

Graças à baixa massa térmica de seu forno, o módulo P do DSC 300 Caliris^® atinge taxas de aquecimento e resfriamento muito rápidas, bem como excelente controle de temperatura durante os segmentos isotérmicos subsequentes.

Neste exemplo, foram realizados testes de CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado. cristalização isotérmica em um polietileno de alta DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade com o NETZSCH DSC 300 Caliris^®. Após o aquecimento a 230°C, ou seja, a uma temperatura superior à Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão do HDPE (High Density Polyethylen), seguido de um segmento IsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico de 5 minutos, as amostras foram resfriadas a uma alta taxa de resfriamento para três temperaturas de CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado. cristalização diferentes. A Tabela 1 detalha as condições de medição.

Tabela 1: Condições para os testes de CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado. cristalização isotérmica

Resultados de medição e discussão

O perfil de temperatura do resfriamento a 123,0 °C demonstra a excelente estabilidade da temperatura durante o segmento IsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico depois que a temperatura de cristalização desejada foi atingida (Figura 1).

A Figura 2 apresenta as curvas DSC resultantes para os segmentos isotérmicos a 122,5°C, 123,0°C e 123,5°C. Devido à rápida estabilização da temperatura no valor especificado, o efeito inicial na curva DSC causado pela mudança de segmento de resfriamento para IsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico é baixo o suficiente para permitir a separação dos efeitos térmicos que ocorrem em seu início. O pico ExotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é exotérmica se houver geração de calor.exotérmico detectado durante o segmento IsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico das três medições pode ser atribuído à cristalização do polietileno. Como esperado, a entalpia de cristalização (área do pico) aumenta à medida que a temperatura do segmento IsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico diminui, indicando um maior Cristalinidade / Grau de cristalinidadeA cristalinidade refere-se ao grau de ordem estrutural de um sólido. Em um cristal, o arranjo de átomos ou moléculas é consistente e repetitivo. Muitos materiais, como vidro, cerâmica e alguns polímeros, podem ser preparados de forma a produzir uma mistura de regiões cristalinas e amorfas. grau de cristalinidade no produto final. Além disso, a inclinação do pico é mais acentuada com a diminuição da temperatura isotérmica, de modo que o pico mínimo é atingido mais rapidamente. Isso significa uma cristalização mais rápida.

Das medições de DSC à cinética de cristalização:Cinética Neo

A dependência do pico de cristalização em relação à temperatura permite o uso de curvas DSC para uma análise cinética do processo de cristalização. Para isso, foi usado o software Kinetics Neo. Ele pode atribuir a cada etapa individual diferentes tipos de reação com parâmetros cinéticos próprios, como energia de ativação, ordem de reação e fator pré-exponencial.

A taxa de reação química para cada etapa de cristalização, j, pode ser escrita como o produto de duas funções, em que a primeira função, fj(ej,pj,), depende das concentrações do reagente (ej) e do produto (pj). A segunda função, Kj(T), depende da temperatura [1].

Aqui, uma reação em uma etapa foi selected para a cinética de cristalização. O modelo de cristalização de Sbirrazzuoli [2] usa a dependência de Nakamura K(T) e a dependência de Sestak-Berggren nas concentrações f(e,p):

O uso desse modelo requer o conhecimento da transição vítrea e da Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão da amostra, mesmo que o software esteja otimizando o valor da Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão. Assim, a avaliação cinética será válida em toda a faixa de temperatura entre essas duas temperaturas.

Além disso, a função K(T) inclui os parâmetros U e KG, que são otimizados pelo software Kinetics Neo.

A Figura 3 mostra as curvas de medição, bem como as curvas calculadas no Kinetics Neo usando o modelo cinético descrito acima. A Tabela 2 resume os parâmetros da cinética. Os resultados mostram a boa concordância entre os resultados medidos e os calculados. O coeficiente de correlação é de 0,996.

Tabela 2: Parâmetros da cinética de cristalização

Com base nos resultados, o Kinetics Neo é capaz de simular a reação para programas de temperatura especificados pelo usuário. Por exemplo, a Figura 4 exibe as curvas DSC obtidas para temperaturas de cristalização entre 80 °C e 115 °C. Como esperado, quanto menor a temperatura, mais rápida é a reação. Se o material for injetado em um molde small a uma temperatura de 80°C, ele se cristalizará em poucos segundos. Se o molde estiver a 115°C, o polímero precisará de um minuto para a cristalização completa.

Testes DSC que acompanham a produção para economizar tempo e dinheiro

Os testes de cristalização isotérmica podem ser realizados com o NETZSCH DSC 300 Caliris^®® em polietileno - uma poliolefina conhecida por sua rápida cristalização. Os testes de DSC são fáceis de realizar e exigem apenas uma massa de amostra de small. Em particular, as medições de cristalização isotérmica ajudam a determinar as condições de processamento adequadas, como a temperatura do molde e o tempo de resfriamento, para que as peças resultantes tenham todas as propriedades necessárias.