Introducere
Turnarea prin injecție este unul dintre cele mai rapide procese pentru producția de volume mari. Cu timpi de ciclu uneori de ordinul milisecundelor, un număr mare de piese pot fi produse într-un timp scurt. Timpul ciclului este important nu numai pentru rentabilitatea producției de piese, ci și pentru evitarea degradării materialului în mașina de turnare prin injecție. Dacă timpul de ședere în mașină este prea lung, materialul începe să se degradeze, ceea ce are consecințe nu numai asupra aspectului optic, ci și asupra proprietăților mecanice. În plus, perioadele lungi de nefuncționare pot duce la evoluția gazelor în anumiți polimeri care ar putea fi dăunătoare pentru operator sau pentru mediu.
Un astfel de material este polioximetilena (POM sau poliacetal), care este utilizat pe scară largă în industria auto și în industria electronică de consum. Rigiditatea, duritatea și tenacitatea ridicate, împreună cu proprietățile excelente de alunecare și frecare, fac din POM un material adecvat pentru multe aplicații tehnice. În plus, prezintă o bună rezistență chimică și proprietăți de izolare electrică. Este materialul pentru angrenaje mecanice, elemente glisante și de ghidare, piese de carcasă, șuruburi, izolatoare și bobine. Unele tipuri au fost aprobate de FDA (United States Food and Drug Administration) pentru a fi utilizate în pompe de lapte și carcase de filtre.
Atunci când POM este menținut la temperaturi de prelucrare pentru perioade mai lungi de timp, de exemplu, în timpul unei opriri a mașinii de 30 de minute, materialul emite formaldehidă. Prin urmare, temperatura șurubului trebuie scăzută de îndată ce devine evident că o eroare va necesita ceva timp pentru a fi rezolvată. Eliberarea de formaldehidă și dependența sa de timp pot fi studiate cu ajutorul analizei TGA-FT-IR, care permite studierea degradării sub formă de pierdere de masă și analiza ulterioară a gazelor emanate.
Analiza urmelor de formaldehidă în POM utilizând TGA-FT-IR
Pentru acest studiu, au fost selectate două materiale POM cu un comportament de curgere similar (ambele tipuri de vâscozitate medium pentru turnare prin injecție) și proprietăți fizice. Ambele sunt conforme cu standardele RoHS, dar numai POM1 are aprobarea FDA; a se vedea tabelul 1.
Tabelul 1: Materiale studiate
Denumire | Proprietăți | MFI [g/10 min] ISO 1133 | Conform RoHS | Aprobat FDA |
|---|---|---|---|---|
| POM1 | Rigiditate ridicată, duritate, tenacitate, rezistență chimică bună; grad de turnare prin injecție | 9 | 9 Da | Da |
| POM2 | Rigiditate ridicată, duritate, tenacitate, rezistență la alcali și substanțe chimice organice chimice organice; grad de turnare prin injecție | 10 | Da | Da Nu |
Măsurătorile au fost efectuate cu un NETZSCH PERSEUS® TG 209 F1 Libra® cu o masă de probă de aproximativ 70 mg încălzită de la 25°C la 210°C la o rată de încălzire rapidă de 80 K/min într-o atmosferă de azot. Din cauza pierderilor așteptate ale probei small, a fost selectată o masă mai mare a probei pentru o caracterizare clară. Temperatura a fost apoi menținută constantă timp de cel puțin 30 de minute pentru a observa modificările de masă ale materialelor.
Figura 1 prezintă curbele TGA ale celor două tipuri diferite de POM la 210°C în funcție de timp. Pe axa Y din stânga poate fi observată pierderea de masă în %. Se poate observa că pierderea de masă a POM2 este ușor mai mare decât pentru POM1.
Figura 2 prezintă spectrele FT-IR măsurate ale ambelor tipuri de POM la 4 minute în comparație cu spectrele de bibliotecă ale formaldehidei gazoase (roz) și ale apei (negru). Se poate observa că POM1 eliberează doar apă, în timp ce POM 2 prezintă eliberarea formaldehidei și a apei în timpul aceluiași tratament la temperatură. Pentru a genera urmele dependente de timp, prezentate în figura 1, zonele colorate din figura 2 au fost luate ca intervale integrale pentru formaldehidă (3170 cm-1 - 2462 cm-1) și apă (4168 cm-1 - 3353 cm-1).
Începutul eliberării formaldehidei poate fi estimat la 2 minute și 118°C.
Cum se corelează măsurătoarea de laborator cu procesarea ?
Ambele tipuri de POM sunt prelucrate la 210°C. Rezultatele prezentate aici indică faptul că, după doar câteva minute de ședere la această temperatură, POM2 eliberează formaldehidă. Prin urmare, ar fi important să se reducă temperatura butoiului imediat după ce s-a produs orice eroare. Acest lucru este recomandat, pe de o parte, deoarece orice eroare ar putea dura mai mult de câteva minute pentru a fi rezolvată și, pe de altă parte, este nevoie de câteva minute pentru ca masa topită să se răcească la o temperatură mai scăzută.
În plus, se poate observa că, deși ambele tipuri sunt conforme cu RoHS, doar tipul aprobat de FDA, POM1, nu eliberează nicio cantitate măsurabilă de formaldehidă.