Kecskeméti Főiskola GAMF Kar
Poliolefinek öregítő vizsgálata Szűcs András
Budapest, 2011. X. 18 1
Tartalom
Műanyagot érő „öregítő” hatások
Alapanyag és minta előkészítés
Vizsgálati berendezések
Mérési eredmények
2
Bomlási „öregedési” folyamat
Fizikai hatás
Kémiai hatás
Kombinált (valóságban előforduló)
3
3
Fizikai hatás – Mechanikai feszültség hatása (fizikai átrendeződés, kúszás, relaxáció) – Hőmérséklet (termikus bomlás) – Oldószerek (lágyulási folyamat, duzzadás) – Sugárzás • • • • •
4
sugárzás Termikus neutron sugárzás UV sugárzás Látható fény IR
(roncsolódás, térhálósodás) (aktiválás) (lánc károsodás) (szín változás) (anyagvizsgálat)
4
Kémiai hatás
Reagens – H2O hidrolízis, kémai szerkezet megváltozása – Oxigén (oxidáció)
Kombinált hatások – Feszültség korrózió – Hőmérséklet+feszültség+O2
Előzmények – Fékrendszerekben található műanyag alkatrészek „öregítési” vizsgálata (víz, só, kenőanyagok stb.) – 5 Napfénynek kitett alkatrészek besugárzása
5
UV vizsgálat (Fluoreszcens fénycsövek)
ISO 11507 B
1. Ciklus besugárzás 5 óra 0.83 W/m2 T=50°C 2. Esőztetés 1 óra 6
6
Alapanyag és minta készítés
Alapanyag: TIPELIN PS 380-30 (TVK), HDPE csőtípus, közepes sűrűségű
polietilén
Feldolgozó gép: Collin Teach-line E20T –
Feldolgozási hőmérséklet: 210°C
–
Csigafordulat: 50 1/s
–
Fújt tömlő átmérője: 150 mm
–
Lehúzási sebesség: •
30 mm/s:
•
40 mm/s : 135 um
•
60 mm/s:
•
80 mm/s : 40 um
•
100 mm/s : 35 um
•
120 mm/s : 20 um
7
165 um
95 um
7
Vizsgálat menete
Originál anyag jellemzőinek meghatározása
Öregítési (72 óra besugárzás) (50 h, 100 h, 150h , 200h)
Anyagjellemzők meghatározása
Ismételt öregítés (500 óra)
Anyagjellemzők meghatározása (ismétlés) Anyagjellemzők Eredeti minta
Anyagjellemzők Öregítési folyamat Öregített minta
8
8
Vizsgálatok
Mechanikai vizsgálatok – Húzás – Ütő vizsgálat
DSC – Szerkezetváltozás – OIT oxidációs bomlás • Dinamikus • Statikus
TGA, termikus stabilitás – Izoterm – Állandó fűtés mellett
Reológia Felület, szín változás 9
Befogási távolság: 45 mm Keresztfej sebesség: 100 mm/perc
9
1. 500 órás UV besugárzás hatása Nyakképződési feszültség [MPa]
Modulus [MPa] 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
18 öregítés nélkül
16
öregített_500_óra
14 12 10 8 6 4 2
lehúzás 60 hossz lehúzás 60 kereszt lehúzás 80 hossz lehúzás 100 kereszt
öregítés nélkül öregített_500_óra
Nyakképződés nyúlás [%]
Tapasztalatok: –
–
–
500 órás besugárzás hatására az anyag elridegezett
A legkisebb és a legnagyobb vastagságú darabokat nem sikerült kistancolni mintát Valószínűleg két degradációs folyamat zajlódik le párhuzamosan (lánc tördelődés, térhálósodás)
0 lehúzás 60 hossz lehúzás 60 kereszt lehúzás 80 hossz lehúzás 100 kereszt natur fólia 500 órás öregítés
12 10 8 6 4 2 0 lehúzás 60 hossz
lehúzás 60 kereszt
lehúzás 80 hossz
lehúzás 100 kereszt 10
2. 72 órás besugárzás 1000
Rugalmassági modulus kererszt irányban [MPa]
Rugalmassági modulus hossz irányban [MPa] natur fólia
1200 natur fólia
72 órás öregítés
800
800
600 400
72 órás öregítés
400
200 0
0
Nyakképződési feszültség hossz irányba natur fólia [MPa] 72 órás öregítés
Nyakképződési feszültség kerszt irányba [MPa] 25
25
20
20
15
15
natur fólia
72 órás öregítésű
10
10
5
5
0
0
11
11
Ismételt mechanikai vizsgálatok
Besugárzási idő: – – – – –
0h 50 h 100 h 150 h 200 h
Sorszám
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Lehúzás Keverék Rétegsebessége megnevezés vastagság [µm] 300 Natúr 15 250 Natúr 20 200 Natúr 50 150 Natúr 70 100 Natúr 100 100 0.5% UV 100 150 0.5% UV 70 200 0.5% UV 50 250 0.5% UV 20 300 0.5% UV 15 100 1% UV 100 150 1% UV 70 200 1% UV 50 250 1% UV 20 300 1% UV 15 12
Primer mérési eredmények Kiértékelhető értékek:
Nyakképződési/maximális feszültség
Nyakképződéshez tartozó nyúlás
„Jellemző” szakadási nyúlás
Natúr
–
y=20 MPa y=6% b=50%
–
y=3 MPa y=3 % b=15%
UV stabilizált –
y=20 MPa y=8 % b=45%
–
y=10 MPa y=5 % b=35% 13
DSC (TA Q-200)
14
14
DSC endoterm, exoterm folyamatok
Tg: üvegesedési hőmérséklet
Tm: olvadási hőmérséklet
Tkr: kristályosodási hőmérséklet
Tb: bomlási hőmérséklet
10
0
––––––– folia_natur_PE_zenon.001 ––––––– folia_oreg.003
112.78°C
8
114.67°C 153.7J/g
-4
––––––– folia_natur_PE_zenon.001 ––––––– folia_oreg.003
Heat Flow (W/g)
Heat Flow (W/g)
-2
127.37°C 120.50°C 108.4J/g
6
112.83°C
4
116.00°C 106.8J/g
-6 2
127.12°C 119.11°C 155.9J/g
-8 90 Exo Up
15
100
0
110
120
Temperature (°C)
130
70
140 Universal V4.3A TA Instruments
Exo Up
80
90
100
110
Temperature (°C)
120
130
15
140
Universal V4.3A TA Instruments
TA TGA Q-50
120
––––––– folia_natur_PE_zenon.001 ––––––– folia_oregitett_PE_zenon.001
100
445°C 424 °C
Weight (%)
80
60
40
20
0
-20 0
100
200
300
Temperature (°C)
16
400
500
600 Universal V4.3A TA Instruments
16
Összefoglalás
Próbatest (fólia) gyártás extruziós eljárással
UV besugárzás Atlas UV test
Anyagvizsgálatok – Mechanika • 0, 50, (72), 100, 150, 200, (500) • UV stabilizátor használata (mérhető) • Vastagság hatása (elhanyagolható 0,1 mm-ig)
– Termo-analitika
Valószínűleg két folyamat játszódik le – Térhálósodás – Lánctördelődés
17
Köszönöm a figyelmet
Kecskeméti Főiskola GAMF KAR Anyagtechnológia Tanszék
[email protected] 30-313-86-75
18
18
