Mobile-Menu

Analiza materiałów W jaki sposób granulat czyszczący wpływa na udarność TPO w niskich temperaturach

Artykuł gościnny autorstwa Rainer Ziel, Dział Analiz w Obernburgu | Przetłumaczone przez AI 3 min Czas czytania

Nieumyślne dodanie granulatu czyszczącego podczas zmiany koloru może znacząco pogorszyć właściwości mechaniczne elementów z TPO. Analiza materiałowa pokazuje, w jaki sposób zmiana składu polimeru wpływa na udarność w niskich temperaturach oraz w jaki sposób dynamiczna kalorymetria różnicowa (DSC) pozwala zidentyfikować przyczynę tego zjawiska.

Badanie metodą DSC pozwala określić temperatury topnienia oraz stopień krystaliczności faz częściowo krystalicznych PP i PE.(Bild: ASO)
Badanie metodą DSC pozwala określić temperatury topnienia oraz stopień krystaliczności faz częściowo krystalicznych PP i PE.
(Bild: ASO)

W przypadku elementu z TPO stwierdzono obniżoną udarność w niskich temperaturach. Badania metodą DSC wykazały zmianę składu polimeru w kierunku zwiększonej zawartości krystalicznego polipropylenu i zmniejszonej zawartości polietylenu. Przyczyną było niezamierzone dodanie granulatu czyszczącego podczas zmiany koloru. Zmieniony skład powoduje, że materiał staje się bardziej kruchy.

Sytuacja wyjściowa

Badany element został wyprodukowany z mieszanki TPO na bazie polipropylenu (PP) z dodatkiem EPDM i polietylenu (PE) jako modyfikatorów udarności. Produkcja odbywała się naprzemiennie w kolorze czarnym i białym; do zmiany koloru wykorzystano granulat czyszczący. Obniżona odporność na uderzenia w niskich temperaturach wystąpiła wyłącznie w przypadku białych elementów po zmianie materiału.

Dynamiczna kalorymetria różnicowa (DSC)

Dynamiczna kalorymetria różnicowa (Differential Scanning Calorimetry, DSC) to metoda termoanalityczna służąca do badania przemian termicznych w polimerach. Polega ona na pomiarze strumienia ciepła w próbce w porównaniu z próbką odniesienia w funkcji temperatury.
 W przypadku polimerów częściowo krystalicznych, takich jak polipropylen (PP) i polietylen (PE), można w szczególności określić następujące parametry:

  • Temperatura topnienia (Tₘ) służąca do identyfikacji fazy polimerowej

  • Entalpia topnienia (ΔHₘ) jako miara stopnia krystaliczności

  • Temperatura krystalizacji (Tc) podczas schładzania

Entalpia topnienia jest proporcjonalna do stopnia krystaliczności polimeru. Zmiany wartości ΔHₘ pozwalają zatem na wyciąganie wniosków dotyczących zmian w składzie lub zmian strukturalnych w materiale. Fazy amorficzne, takie jak EPDM, nie wykazują wyraźnego piku topnienia i nie można ich bezpośrednio określić ilościowo za pomocą DSC.

Wyniki badań analitycznych

Badanie metodą DSC pozwala na określenie temperatur topnienia i stopnia krystaliczności faz częściowo krystalicznych PP i PE. Amorfna faza EPDM nie jest wykrywalna termicznie i nie została uwzględniona.

Porównanie krzywych DSC próbki referencyjnej i próbki zanieczyszczonej wyraźnie pokazuje to przesunięcie: Podczas gdy pik PP w uszkodzonej części wykazuje znacznie wyższe wartości entalpii (64 J/g w porównaniu z 48 J/g), udział PE jest wyraźnie zmniejszony (0,2 J/g w porównaniu z 0,8 J/g).
(Zdjęcie: ASO)

Wyniki pomiarów wskazują na znacznie wyższą entalpię topnienia w zakresie PP oraz niższą entalpię topnienia w zakresie PE. Świadczy to o zwiększonej zawartości polipropylenu krystalicznego przy jednoczesnym zmniejszeniu zawartości polietylenu. Porównanie krzywych DSC próbki referencyjnej i uszkodzonej (patrz wykres) wyraźnie ilustruje tę zmianę: Podczas gdy pik PP w wadliwym elemencie wykazuje znacznie wyższe wartości entalpii (64 J/g w porównaniu z 48 J/g), udział PE jest wyraźnie zmniejszony (0,2 J/g w porównaniu z 0,8 J/g).

Polietylen w znacznym stopniu wpływa na udarność systemów TPO, zwłaszcza w niskich temperaturach. Zmniejszenie tej zawartości prowadzi bezpośrednio do zmniejszenia pochłaniania energii. Jednocześnie zwiększona zawartość krystalicznego polipropylenu powoduje większą sztywność i sprzyja pękaniu kruchemu. Połączenie tych efektów wyjaśnia zaobserwowane odchylenia w właściwościach mechanicznych.

Przyczyna i skutek

Jako przyczynę zidentyfikowano niezamierzone dodanie granulatu czyszczącego stosowanego podczas zmiany koloru. Granulat ten składał się z czystego polipropylenu i nie wpływa na poprawę udarności. Doprowadziło to do wymiernego zmiany składu, a tym samym do zaobserwowanego pogorszenia właściwości.

W praktyce konieczne jest konsekwentne oddzielanie materiałów podczas zmiany koloru oraz całkowite przepłukanie układu. Ponadto należy w sposób ukierunkowany uwzględnić bazę polimerową stosowanych granulatów czyszczących. W tym kontekście spektroskopia DSC okazuje się skuteczną metodą szybkiej identyfikacji zmian składu w częściowo krystalicznych układach poliolefinowych.

Zapisz się do newslettera już teraz

Nie przegap naszych najlepszych treści

Klikając „Zapisz się do newslettera”, wyrażam zgodę na przetwarzanie i wykorzystywanie moich danych zgodnie z formularzem zgody (rozwiń, aby poznać szczegóły) i akceptuję warunki korzystania. Więcej informacji znajdziesz w naszej polityce prywatności. Wyrażenie zgody dotyczy w szczególności przesyłania biuletynów redakcyjnych drogą elektroniczną oraz łączenia danych w celach marketingowych z wybranymi partnerami reklamowymi (np. LinkedIn, Google, Meta).

Rozwiń, aby poznać szczegóły Twojej zgody

Powiązane treści