Introducere
Polipropilena (PP) este o materie primă des utilizată pentru fabricarea straturilor subțiri, cum ar fi straturile separatoare din baterii. Acest experiment a fost inițiat ca urmare a unei probleme apărute în timpul procesării filmelor din PP. Produsele din anumite loturi de granule de PP brut se rupeau ușor, în timp ce cele din alte loturi erau de bună calitate. Obiectivul a fost de a afla motivul din spatele acestei situații și, mai important, de a stabili o metodă de QC fiabilă a granulelor PP brute. În mod ideal, această metodă QC ar fi efectuată cu ajutorul unui DSC sau TGA de bază.
Condiții experimentale
Au fost colectate mai multe probe "bune" (marcate ca OK) și "proaste" (marcate ca NOK).
Testele de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire/răcire au fost efectuate cu ajutorul DSC 214 Polyma. Probele au fost încălzite de la temperatura camerei (RT) la 200°C cu 10 K/min, apoi răcite până la RT cu -10 K/min, urmată de o a doua încălzire la 200°C cu 10 K/min. Atmosfera de testare a fost N2; dimensiunea probelor a fost de aproximativ 10 mg.
Probele pentru testele Timpul de inducție oxidativă (OIT) și temperatura de inițiere oxidativă (OOT)Timpul de inducție oxidativă (OIT izoterm) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă. Temperatura de inducție oxidativă (OIT dinamic) sau temperatura de inițiere oxidativă (OOT) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă.OIT au fost efectuate suplimentar cu ajutorul DSC 214 Polyma. Probele au fost încălzite de la RT la 200°C în N2 la 10 K/min, apoi au fost menținute izoterme la 200°C timp de 5 minute. După aceea, atmosfera a fost comutată înO2 (pur) și s-a înregistrat timpul scurs de la punctul de comutare până la debutul oxidării. Dimensiunile probelor au fost de aproximativ 10 mg.
Testele de piroliză au fost efectuate cu ajutorul TG 209 F3 Tarsus® . Probele au fost încălzite de la temperatura RT la 800°C la 10 K/min în N2. Mărimea probelor a fost de aproximativ 10 mg.
Rezultate și discuții
1. Analiza eșecului
Ca prim pas, comportamentul de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire al tuturor probelor a fost comparat pentru a vedea dacă există impurități, adică alte componente polimerice. După cum se arată în figura 1, împreună cu vârful principal de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire al PP la aproximativ 169°C, în unele curbe DSC se poate observa un vârf EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic small la 148°C. Acesta s-ar putea datora unei a doua componente polimerice sau unui aditiv. Cu toate acestea, o astfel de diferență nu poate fi considerată un obiectiv QC, deoarece acest vârf small poate fi găsit atât în probele OK, cât și în cele NOK.
1.2. Comportamentul pirolizei
Pentru a confirma existența impurităților, rezultatele pirolizei TGA au fost comparate în figura 2. Se pare că atât probele OK, cât și NOK prezintă o pierdere în greutate de 100% și nu a existat nicio diferență evidentă între ele în cadrul întregii proceduri de piroliză.
"Fragilitatea" materialelor polimerice poate fi un rezultat al materialelor stabilizate diferit. Informațiile privind stabilizarea unui polimer pot fi distinse prin măsurători Timpul de inducție oxidativă (OIT) și temperatura de inițiere oxidativă (OOT)Timpul de inducție oxidativă (OIT izoterm) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă. Temperatura de inducție oxidativă (OIT dinamic) sau temperatura de inițiere oxidativă (OOT) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă.OIT. Prin urmare, se așteptau Timpul de inducție oxidativă (OIT) și temperatura de inițiere oxidativă (OOT)Timpul de inducție oxidativă (OIT izoterm) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă. Temperatura de inducție oxidativă (OIT dinamic) sau temperatura de inițiere oxidativă (OOT) este o măsură relativă a rezistenței unui material (stabilizat) la descompunerea oxidativă.OIT-uri diferite pentru aceste probe; astfel de rezultate ar putea fi apoi utilizate ca prag QC. Din păcate, după cum se arată în figura 3, nu au existat diferențe OIT semnificative între probele OK și NOK.
1.4. Comportamentul cristalizării
Procesul de fabricare a filmelor PP include topirea granulelor PP urmată de procesul de extrudare. Trebuie să fi avut loc o procedură de răcire pentru a fi indusă cristalizarea. Deoarece comportamentul de CristalizareCristalizarea este procesul fizic de întărire în timpul formării și creșterii cristalelor. În timpul acestui proces, căldura de cristalizare este eliberată.cristalizare poate fi, de asemenea, un factor care afectează calitatea produsului final, curbele de răcire au fost comparate. După cum se arată în figura 4, pot fi observate diferențe semnificative în comportamentul de CristalizareCristalizarea este procesul fizic de întărire în timpul formării și creșterii cristalelor. În timpul acestui proces, căldura de cristalizare este eliberată.cristalizare între probele OK și NOK. În primul rând, debutul cristalizării probelor OK (~115°C) este mult mai mic decât cel al probelor NOK (~119°C). Aceasta înseamnă că probele NOK se cristalizează mai ușor. În plus, panta din partea dreaptă a vârfului DSC al probelor NOK pare să fie mai abruptă decât cea a probelor OK. Aceasta înseamnă că probele NOK se cristalizează, de asemenea, mai repede decât probele OK.
1.5. Rezumatul eșecului
Analiză Pe baza măsurătorilor și discuțiilor anterioare, putem presupune că problema "filmului fragil" se datorează probabil comportamentului diferit de CristalizareCristalizarea este procesul fizic de întărire în timpul formării și creșterii cristalelor. În timpul acestui proces, căldura de cristalizare este eliberată.cristalizare al materiilor prime. Pentru materiile prime care cristalizează mai ușor (debut mai ridicat) sau care cristalizează mai repede (pantă mai abruptă), peliculele produsului se sparg mai ușor. Diferența de CristalizareCristalizarea este procesul fizic de întărire în timpul formării și creșterii cristalelor. În timpul acestui proces, căldura de cristalizare este eliberată.cristalizare poate fi cauzată de conținutul diferit în ceea ce privește agenții de nucleație, microparticulele etc.
2. Criterii de control al calității
Pe baza concluziei de mai sus, criteriul QC poate fi axat pe comportamentul de CristalizareCristalizarea este procesul fizic de întărire în timpul formării și creșterii cristalelor. În timpul acestui proces, căldura de cristalizare este eliberată. cristalizare. O soluție mai simplă ar fi utilizarea temperaturii de debut a cristalizării ca prag QC. Totuși, acest lucru ar necesita o evaluare manuală (de către operator) și ar putea exista probleme critice în cazul unor vârfuri și linii de bază de CristalizareCristalizarea este procesul fizic de întărire în timpul formării și creșterii cristalelor. În timpul acestui proces, căldura de cristalizare este eliberată. cristalizare "neideale". În plus, temperatura de debut nu poate reflecta întreaga situație cu privire la comportamentul de CristalizareCristalizarea este procesul fizic de întărire în timpul formării și creșterii cristalelor. În timpul acestui proces, căldura de cristalizare este eliberată. cristalizare. Pentru a compara comportamentul de CristalizareCristalizarea este procesul fizic de întărire în timpul formării și creșterii cristalelor. În timpul acestui proces, căldura de cristalizare este eliberată. cristalizare într-un mod mai cuprinzător, NETZSCH oferă instrumentul ideal: o soluție numită Identify.
Simplu vorbind, cu Identify este posibil să se construiască o bază de date din curbele de răcire pentru probele OK. Software-ul le va compara apoi cu curbele de răcire pentru granulele PP primite și va putea determina dacă materiile prime PP primite sunt "QC Pass" sau "Fail".
Pentru acest caz, am creat o clasă în baza de date Identify cu curbele de răcire pentru trei probe OK. Într-un scenariu real, desigur, ar fi încurajate mai multe curbe pentru a crea o clasă mai fiabilă.
După cum se arată în figurile 6 și 7, este posibil să se calculeze similitudinea curbelor de răcire ale probelor OK și NOK cu cele ale clasei. Pentru probele OK, similaritatea ar fi mai mare de 99%, iar pentru probele NOK, similaritatea ar fi sub 99%. Prin urmare, este rezonabil să se stabilească un prag de similaritate de 99%. Cu alte cuvinte, probele pot fi considerate "QC Pass" atunci când curba de răcire are o similaritate cu clasa OK mai mare de 99%. De fapt, caracteristica Identify oferă o funcție pentru executarea automată a acestei verificări QC.
După cum se arată în figura 8, în fereastra "Further settings", utilizatorul poate defini un prag (99% în acest caz). După aceea, atunci când curba de răcire a unei probe este încărcată în software-ul Proteus® și se declanșează Identify, se va calcula similaritatea curbei cu clasa și va apărea automat un marcaj QC "FAIL" sau "PASS" pe baza pragului QC predefinit (figura 9).
Concluzie
Aceste serii de teste de măsurători DSC și TGA au fost efectuate cu scopul de a găsi sursa defecțiunilor. S-a stabilit că calitatea filmelor PP depinde de comportamentul de CristalizareCristalizarea este procesul fizic de întărire în timpul formării și creșterii cristalelor. În timpul acestui proces, căldura de cristalizare este eliberată. cristalizare al granulelor PP.
Este posibil să se utilizeze temperatura de debut a cristalizării din curba de răcire DSC ca metodă simplă de QC.
Cu toate acestea, o soluție mai cuprinzătoare și mai fiabilă poate fi obținută prin aplicarea NETZSCH Identify pentru a compara curba de răcire DSC a probei cu o clasă de referință, care poate fi construită dintr-un număr de curbe de răcire pentru probele OK. Identify poate calcula similaritatea curbei probei cu clasa și poate prezenta automat rezultatele QC prin intermediul unui prag QC predefinit.