Vanliga orsaker till att termoplaster i fordonsindustrin går sönder

Fel på formsprutade termoplastdelar kan uppträda i många olika former. Ofta är det det valda materialet eller produktionsprocessen för delar och komponenter som är orsaken till problemet. När felaktiga delar lämnar maskinen är det viktigt att hitta den underliggande orsaken till felet för att kunna justera produktionsprocessen, materialet eller konstruktionen och undvika långsiktiga kostnader. De flesta termoplastfel kan analyseras med hjälp av instrument för termisk analys. Vi har valt ut två vanliga fel på termoplaster och visar hur termisk analys kan hjälpa till att fastställa orsaken till felet.

Fall 1:

Radiokåpan går sönder vid låga temperaturer

En radiokåpa som ingick i en instrumentbräda i en bil gick sönder av okänd anledning. Man kan anta att det bearbetade materialet kan ha varit förorenat med andra ämnen eller att en felaktig polymersammansättning användes för att tillverka den trasiga delen. Därför genomfördes i ett första steg mätningar med en NETZSCH DSC 214 Polyma för att hitta orsaken till felet. Metoden är särskilt lämplig för en första bedömning av orsaken till felet eftersom den ger många insikter om materialets egenskaper med relativt liten ansträngning. Både ett prov från en bra del och ett prov från den dåliga delen utsattes för ett temperaturprogram i en N2-atmosfär med en uppvärmningshastighet på 10 K/min. Figur 1 visar mätresultaten. Ovanför omgivande temperatur uppvisar de två proverna samma beteende. Glasomvandlingstemperaturer och smälttoppar inträffar vid samma temperatur. Det bra provet har dock en andra glasövergång vid ca - 58°C som saknas i det dåliga provet. Den andra glasövergången i det bra provet kan spåras tillbaka till en elastomerkomponent, som ger bättre köldflexibilitet och slaghållfasthet. På grund av avsaknaden av denna komponent i provet av den dåliga delen hade radiokåpan inte den köldflexibilitet som den borde ha haft och gick följaktligen sönder vid låga temperaturer.

Detta exempel är en av många tillämpningar av differential scanning calorimetry vid felanalys av termoplastdelar.

Fall 2:

Brott i en termoplastisk detalj under spänning

I polymerer kan intensiva processer för substansöverföring äga rum. Gaser, organiska lösningsmedel, färgämnen och även fukt kan diffundera in i eller genom polymerer. Absorberad fukt förändrar dock polymerernas egenskaper. Detta gäller även polymerens mekaniska egenskaper, t.ex. modul, som är ett mått på motståndet mot elastisk deformation. Om en termoplastdel går sönder under påfrestning kan det också bero på att fukt tas upp i materialet. En dynamisk mekanisk analysator utrustad med en fuktgenerator kan hjälpa till att bestämma de mekaniska egenskaperna vid olika fuktighetsnivåer. I figur 2 mättes ett prov av polyamid 6 (PA) vid en frekvens på 1 Hz och en temperatur på 40°C i dragläge. Den relativa luftfuktigheten ökades stegvis från 0% till 75% över tiden. Materialets styvhet (som beskrivs av lagringsmodulen E') mättes i dessa steg med relativ luftfuktighet. Det är tydligt att materialets styvhet minskar med ökningen av den relativa luftfuktigheten. Vid 50% relativ luftfuktighet minskade lagringsmodulen med cirka 74%.

Detta exempel visar hur viktigt det är att känna till de mekaniska egenskaperna hos en polymer under driftförhållanden i en bil och i olika klimat. Därför är det viktigt att använda termoplastiska material i konstruktionen av fordonsdelar och komponenter som klarar dessa förhållanden. De två exemplen på vanliga orsaker till att termoplastiska material går sönder visar att tekniker och instrument för termisk analys kan hjälpa till att fastställa orsakerna till att materialet går sönder.mätning med DSC 214 Polyma kan hjälpa till att besvara en mängd olika frågor. Mer information om differentialskanningskalorimetri finns här. Analys av material med en DMA 242 E Artemis ger insikter i temperaturberoende viskoelastiska egenskaper som styvhet och dämpningsbeteende. Läs mer om dynamisk mekanisk analys här.