Worin besteht die Problematik?
Im Rahmen einer Maßnahme zur Verbesserung der Haltbarkeit seiner Polymerbauteile beauftragte ein Industrieunternehmen das Labor FILAB mit der Bewertung des thermischen Verhaltens zweier PVC-Werkstoffe, die für die Herstellung von 3D-gedruckten Teilen bestimmt sind.
Der Kunde hat FILAB im Rahmen dieses Qualitätsvorhabens beauftragt.
Um diese Fragestellung zu beantworten und die Aktivierungsenergie zu bestimmen, hat das Labor FILAB die ATG als Simulations- und Analysetool eingesetzt, um die Alterung von 3D-gedruckten PVC-Teilen vorherzusagen.
Kontext der Analyse
Vorgehensweise :
Ziel dieser Studie ist es, die Aktivierungsenergie zu bestimmen, also die Energie, die zugeführt werden muss, um die Zersetzung zweier polymerer Werkstoffe unterschiedlicher chemischer Natur einzuleiten (schwarze Probe und weiße Probe).
Die für diese Studie verwendete Norm ist ASTM E1641. Diese Norm beschreibt eine standardisierte Methode zur Bestimmung der Aktivierungsenergie (Ea) eines thermischen Zersetzungsprozesses auf der Grundlage von Daten aus der thermogravimetrischen Analyse (ATG).
Prinzip der Methode :
Es werden mehrere ATG-Analysen derselben Probe bei unterschiedlichen Heizraten durchgeführt (hier: 1, 2, 5, 10 °C/min). Für einen gegebenen Umwandlungsgrad (10 %) werden die charakteristischen Temperaturen der Degradation für jeden Heizverlauf aufgezeichnet.
Methodik und eingesetzte Technik
Thermogravimetrische Analyse (ATG) :
Die thermogravimetrische Analyse (ATG) ist eine Technik, mit der die Massenänderung einer Probe verfolgt werden kann, die in einer kontrollierten Atmosphäre einer schrittweisen Temperaturerhöhung ausgesetzt wird.
Im Rahmen der Studie wurde sie verwendet, um das thermische Zersetzungsverhalten der getesteten Polymere zu beobachten, die kritischen Temperaturen des Massenverlusts zu identifizieren und die Zersetzungskinetik zu modellieren, um eine mit dem Phänomen verbundene Aktivierungsenergie (Ea) zu ermitteln.
Diese Methode wird auf beide Proben angewendet, um sie zu vergleichen. Für jede Probe erhält man 4 Kurven mit unterschiedlichen Temperaturverläufen.
Fazit der vergleichenden Untersuchung
Die 4 mit unterschiedlichen Heizraten durchgeführten Analysen an den beiden PVC-Proben für den 3D-Druck zeigen, dass bei demselben Umwandlungsgrad von 10 % die beiden untersuchten Materialien deutlich unterschiedliche Aktivierungsenergien aufweisen :
Die schwarze Probe erreicht einen Wert von 139,91 kJ/mol, während die weiße Probe einen Wert von 206,76 kJ/mol erreicht.
Dieser Unterschied zeigt, dass das weiße Polymer mehr Energie benötigt, um seine thermische Zersetzung einzuleiten, als das schwarze Material. Mit anderen Worten: Es ist thermisch stabiler und daher besser für den 3D-Druck geeignet.
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