09.02.2023 by Dr. Natalie Rudolph
Felanalys av termoplastdelar för fordonsindustrin med hjälp av DMA
Termoplastiska delar kan gå sönder. Men när de gör det är första prioritet att Identify hitta grundorsaken till felet och eliminera den.
Felanalys av formsprutade termoplastdetaljer kräver en hög kompetensnivå inom materialvetenskap, produktionsmetoder och analytiska instrument. Det finns ett stort antal olika felscenarier. Dessa sträcker sig från felaktig användning och oavsiktliga serviceförhållanden till konstruktionsfel, gjutningsproblem, StressSpänning definieras som en kraftnivå som appliceras på ett prov med ett väldefinierat tvärsnitt. (Spänning = kraft/area). Prover med cirkulärt eller rektangulärt tvärsnitt kan komprimeras eller sträckas. Elastiska material som gummi kan sträckas upp till 5 till 10 gånger sin ursprungliga längd.stress, överbelastning och nedbrytning under användning.
NETZSCH Instrument för termisk analys är kraftfulla verktyg för felanalys
Differentiell skanningskalorimetri (DSC) kan svara på frågor som
- Är materialet kontaminerat med ett annat material?
- Är leverantörens specifikation för materialsammansättningen korrekt för min termoplastprodukt?
- Vilken är materialets Kristallinitet / Grad av kristallinitetMed kristallinitet avses graden av strukturell ordning i ett fast ämne. I en kristall är arrangemanget av atomer eller molekyler konsekvent och repetitivt. Många material, t.ex. glaskeramik och vissa polymerer, kan framställas på ett sådant sätt att en blandning av kristallina och amorfa områden uppstår.kristallinitet? Finns det någon risk för efterkristallisering?
Termogravimetrisk analys (TGA) hjälper till att hitta svar på
- Innehåller materialet rätt mängd fyllnadsmedel, mjukgörare och modifierare?
- Är materialet termiskt stabilt för att klara driftstemperaturerna?
- Absorberade materialet vatten?
Termomekanisk analys (TMA) kan ge svar på frågor som
- Ändrar materialet sina dimensioner vid driftstemperaturer?
- Fanns det restspänningar i den gjutna delen?
Dynamisk-mekanisk analys (DMA) spelar också en viktig roll när det gäller att hitta orsaken till att en komponent går sönder. Med hjälp av DMA får man svar på frågor som
- Har materialet de mekaniska egenskaper som krävs vid driftstemperaturer?
- Bryts materialet ned snabbare än förväntat?
- Förlorar materialet sina mekaniska egenskaper på grund av interaktion med vätskor?
I den här artikeln kommer vi att ge en djupare inblick i felanalysen av termoplastdelar med hjälp av DMA.
Vanliga orsaker till fel på termoplastdelar i fordonsindustrin
Fel på formsprutade termoplastdelar kan uppträda i många olika former. Ofta är det materialvalet eller den process som används för att tillverka delar och komponenter som är orsaken till problemet. När felaktiga delar uppstår är det viktigt att hitta orsaken till felet så att produktionsprocessen, materialet eller konstruktionen kan justeras för att undvika långsiktiga kostnader.
Vi har undersökt ett vanligt fel på termoplaster och visar hur dynamisk-mekanisk analys kan hjälpa till att fastställa orsaken till felet:
Brott i en termoplastdel under påfrestning
I polymerer kan gaser, organiska lösningsmedel, färgämnen och även fukt diffundera in i eller genom materialet. 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 belastning kan det också bero på att fukt har trängt in i materialet. En dynamisk mekanisk analysator (DMA) utrustad med en fuktgenerator kan hjälpa till att bestämma de mekaniska egenskaperna vid olika fuktnivåer.
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 en relativ luftfuktighet på 50% minskade lagringsmodulen med cirka 74%.
Detta exempel visar hur viktigt det är att känna till de mekaniska egenskaperna hos en polymer under de förhållanden som råder vid användning i en bil och i olika klimat. Det är därför viktigt att använda termoplastiska material i konstruktionen av bildelar och komponenter som fungerar tillräckligt bra under dessa förhållanden. Dessutom visar detta exempel på en vanlig orsak till fel i termoplastiska material hur dynamisk-mekanisk analys kan hjälpa till att fastställa orsakerna till fel. Analys av material med en DMA 242 E Artemis ger insikter om temperaturberoende viskoelastiska egenskaper som styvhet och dämpningsbeteende.
Lär dig mer om felanalys av plastdetaljer med hjälp av dynamisk-mekanisk analys:
Anmäl dig till vårt webinar den 16 mars!
Jeffrey Jansen är expert på felanalys och berättar i den här intervjun med Dr. Natalie Rudolph om sitt arbete. Han kommer att svara på frågor om de vanligaste felen, hur en av de viktigaste orsakerna är krypning och hur det kan analyseras med hjälp av dynamisk mekanisk analys.
Session 1: 10 - 11 AM CET / 5 PM CST
Session 2: kl. 16.00-17.00 CET / 11.00 EDT
