Qual è la problematica?
In un’ottica di miglioramento della durabilità dei suoi pezzi polimerici, un operatore industriale si è rivolto al laboratorio FILAB per valutare il comportamento termico di due PVC destinati alla produzione di pezzi stampati in 3D.
Il cliente ha richiesto il supporto di FILAB in questo percorso di qualità.
Per rispondere a questa problematica e determinare l’energia di attivazione, il laboratorio FILAB ha utilizzato l’ATG come strumento di simulazione e analisi per anticipare l’invecchiamento dei pezzi stampati in PVC.
Contesto dell’analisi
Procedura:
L'obiettivo di questo studio è determinare l'energia di attivazione, cioè l'energia da apportare per avviare la decomposizione di due materiali polimerici di diversa natura chimica (campione nero e campione bianco).
La norma utilizzata per realizzare questo studio è l'ASTM E1641. Questa norma descrive un metodo standardizzato che consente di determinare l’energia di attivazione (Ea) di un processo di decomposizione termica a partire da dati ottenuti mediante analisi termogravimetrica (ATG).
Principio del metodo:
Si effettuano diverse analisi ATG dello stesso campione a diverse velocità di riscaldamento (qui: 1, 2, 5, 10 °C/min). Per un dato grado di conversione (10 %), si registrano le temperature caratteristiche di degradazione per ogni rampa.
Metodologia e tecnica impiegata
Analisi Termogravimetrica (ATG):
L’analisi termogravimetrica (ATG) è una tecnica che consente di seguire la variazione di massa di un campione sottoposto a un aumento progressivo della temperatura, in un’atmosfera controllata.
Nell’ambito dello studio, è stata utilizzata per osservare il comportamento di degradazione termica dei polimeri testati, identificare le temperature critiche di perdita di massa e modellare la cinetica di degradazione al fine di estrarre una energia di attivazione (Ea) associata al fenomeno.
Si applica questo metodo sui 2 campioni per confrontarli. Per ciascun campione si ottengono 4 curve con rampe di temperatura diverse.
Conclusione dello studio comparativo
Le 4 analisi effettuate con rampe diverse sui due campioni di PVC destinati alla stampa 3D dimostrano che, a parità di tasso di conversione del 10%, i due materiali analizzati presentano energie di attivazione sensibilmente diverse:
Il campione nero raggiunge un valore di 139,91 kJ/mol, mentre il campione bianco raggiunge invece un valore di 206,76 kJ/mol.
Questa differenza indica che il polimero bianco richiede più energia per avviare la sua degradazione termica rispetto al materiale nero. In altre parole, è termicamente più stabile e quindi più adatto alla stampa 3D.
Campione nero Campione bianco
