Deel 3 Materialen:gloeitips voor semikristallijne polymeren

In amorfe polymeren moet de uitgloeitemperatuur de T_g . benaderen van het polymeer. Om het gewenste resultaat te verkrijgen bij het uitgloeien van een semikristallijn materiaal, moet de uitgloeitemperatuur echter de T_g overschrijden. van het polymeer. De benodigde tijd hangt af van de wanddikte van het onderdeel, zoals het geval is voor amorfe polymeren. Maar de andere factor die de benodigde tijd beïnvloedt, is de gloeitemperatuur.

Zoals hierboven vermeld, is de beoogde gloeitemperatuur vaak het middelpunt tussen T_g en T_m . Lagere temperaturen vereisen een langere gloeitijd. Een andere bepalende factor bij het kiezen van een gloeitemperatuur is de maximale temperatuur waaraan het onderdeel bij toepassing wordt blootgesteld. Als een onderdeel wordt uitgegloeid bij 200 C maar vervolgens wordt gebruikt bij 225 C, zullen bij de hogere gebruikstemperatuur nieuwe kristallen worden gevormd die niet zijn gevormd tijdens het gloeiproces. Dit zal extra dimensionale veranderingen veroorzaken die problematisch kunnen zijn. Daarom moet de gloeitemperatuur gelijk zijn aan of iets hoger zijn dan de maximale temperatuur waarbij het onderdeel zal worden gebruikt. Net zoals amorfe polymeren niet bestand zijn tegen uitgloeitemperaturen boven hun T_g , semikristallijne polymeren kunnen niet worden gegloeid bij temperaturen die hun kristallijne smeltpunt overschrijden.

De gloeitijd kan het beste experimenteel worden vastgesteld voor een bepaalde onderdeelgeometrie. In amorfe polymeren is de test die wordt gebruikt om vast te stellen dat het doel van uitgloeien is bereikt, de oplosmiddeltest die de restspanning in het onderdeel meet. Bij semikristallijne harsen is maatvastheid de maatstaf. Een goed gegloeid onderdeel dat in een semikristallijn materiaal is gegoten, moet bestand zijn tegen blootstelling aan een tijd-temperatuurroutine die representatief is voor een worstcasetoepassingsomgeving zonder een extra verandering in afmetingen te vertonen.

Een goed voorbeeld van dit principe kan worden geïllustreerd voor onderdelen die zijn ontworpen voor blootstelling aan een temperatuur van 85 C (185 F) gedurende perioden van maximaal 8 uur. Een samenstel vervaardigd uit twee componenten die elk gedurende 1 uur bij 70 °C (158 °F) waren gegloeid, vertoonde dimensionale veranderingen bij blootstelling aan de toepassingsomstandigheden. Deze veranderingen zorgden ervoor dat de onderdelen vastliepen toen het samenstel werd bediend, waardoor het niet-functioneel werd. Uitgloeien bij 110 C gedurende dezelfde periode van 1 uur resulteerde in assemblages die geen verandering in functie vertoonden na blootstelling aan de applicatieomgeving.

Er is nog een reden om een ​​gloeitemperatuur te kiezen die hoger is dan de hoogst verwachte gebruikstemperatuur. Kristallen die worden gevormd terwijl een materiaal in vaste toestand is, zijn niet zo groot of zo perfect als de kristallen die worden gevormd als het materiaal afkoelt van de smelt. Bijgevolg hebben ze niet dezelfde eigenschappen en geven ze niet dezelfde voordelen aan de algehele structuur van het materiaal. Met name kristallen die bij een bepaalde gloeitemperatuur worden gevormd, smelten bij een temperatuur die slechts enkele graden hoger ligt dan de temperatuur waarbij ze werden geproduceerd. Daarom zullen kristallen die worden geproduceerd bij een temperatuur onder de maximale gebruikstemperatuur van het onderdeel die blootstelling niet overleven en zijn ze niet bruikbaar.

Omdat extra krimp tijdens het uitgloeien van een semikristallijn materiaal onvermijdelijk is, moeten de afmetingen van het as-molded onderdeel groter zijn dan de uiteindelijke doelafmetingen. Dit kan vereisen dat onderdelen uit de print worden gegoten, zodat ze de print kunnen ontmoeten zodra ze door het gloeiproces zijn gegaan. Het is daarom belangrijk dat er een relatie wordt gelegd tussen de as-molded afmetingen en de gegloeide afmetingen.

De gloeitemperaturen voor veel semikristallijne polymeren zijn hoog genoeg om andere effecten op het polymeer te veroorzaken die mogelijk schadelijk zijn. Bijvoorbeeld het middelpunt tussen de T_g en de T_m van nylon 66 is 160 C (320 F). Bij deze temperatuur kan nylon snel oxideren. Dit kan een verandering in de kleur van het materiaal veroorzaken, maar wat nog belangrijker is, het kan leiden tot een permanent verlies van mechanische eigenschappen, met name die welke verband houden met ductiliteit. Daarom kan gloeien voor materialen zoals nylon het best worden uitgevoerd in een inerte atmosfeer, onder vacuüm of in een vloeistof die als een zuurstofbarrière werkt en de eigenschappen van het materiaal niet verandert. Nylon onderdelen kunnen bijvoorbeeld worden uitgegloeid in hete minerale olie om oxidatie te voorkomen en de warmteoverdracht te verbeteren. Omdat minerale olie niet-polair is, zal het nylon de olie niet absorberen en zullen er geen weekmakende effecten worden waargenomen.

Het gloeien in semikristallijne materialen wordt idealiter gedaan om de structuur van een onderdeel dat al is gevormd volgens optimale procedures te perfectioneren. Sommige verwerkers gebruiken de gloeistrategie echter om de hoge maltemperaturen te vermijden die nodig zijn om hoogwaardige materialen zoals PPS, PEEK en PPA op de juiste manier te kristalliseren. Dit kan leiden tot ernstige tekortkomingen in de prestaties van onderdelen en aanzienlijke problemen met procescontrole. In ons volgende artikel zullen we deze problemen nader bekijken.

OVER DE AUTEUR:​​Mike Sepe is een onafhankelijke, wereldwijde materiaal- en verwerkingsadviseur wiens bedrijf, Michael P. Sepe, LLC, is gevestigd in Sedona, Ariz. Hij heeft meer dan 40 jaar ervaring in de kunststofindustrie en helpt klanten met materiaalkeuze, ontwerpen voor maakbaarheid, proces optimalisatie, probleemoplossing en storingsanalyse. Contactpersoon:(928) 203-0408 • [email protected].