Thema: Untersuchung der thermischen Materialeigenschaften
Bestimmung der Kristallinität von Kunststoffen
Problemstellung
Das Produkt weist eine unerwünscht hohe Sprödigkeit auf und ist daher als Verpackungsmaterial ungeeignet. Ziel ist es, die Ursachen für die Sprödigkeit zu identifizieren und die Materialeigenschaften zu verbessern.
Strategie
Zur Lösung des Problems wurde eine chemische und thermische Charakterisierung des Kunststoffs durchgeführt, um die Umwandlungstemperaturen und Enthalpien zu bestimmen und so die Kristallinität und Zähigkeit des Materials zu optimieren.
Schritt 1: Materialbestimmung mittels FTIR-Spektroskopie
Durch FTIR-Spektroskopie (Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie) wurde der Kunststoff analysiert, um seine chemische Zusammensetzung und mögliche Additive zu bestimmen.
- Ergebnis: Der Kunststoff handelt es sich um amorphes PET (PET-A).
- Zusatzstoffe: Es wurden keine Füllstoffe oder Additive festgestellt.
Schritt 2: Charakterisierung des verarbeiteten Kunststoffs mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC)
Mit der DSC-Methode wurde die Kristallinität und das thermische Verhalten des Kunststoffs unter verschiedenen Temperaturbedingungen untersucht.
- Ergebnis: Der Kunststoff weist einen hohen Kristallinitätsgrad von 48% auf.
- Thermisches Verhalten: PET kristallisiert oberhalb der Glasübergangstemperatur (Tg), was zu einer Veränderung der Materialeigenschaften führt.
Zwischenergebnis
Die Abkühlrate während der Fertigung ist zu gering, was eine vollständige Kristallisation des PETs nicht ausreichend verhindert. Diese unzureichende Kühlung führt zu einer höheren Kristallinität, was die Sprödigkeit des Materials fördert.
Schritt 3: Identifikation der optimalen Abkühlraten am Ausgangsmaterial
Zur Vermeidung unerwünschter Kristallisation wurde eine Temperatur-Zeit-Kinetik entwickelt, um die optimalen Abkühlraten zu bestimmen.
- Ziel: Die Abkühlrate so anpassen, dass eine geringere Kristallinität erreicht wird und die Zähigkeit des Materials verbessert wird.
Abschlussbericht
Durch die Untersuchung konnte ermittelt werden, dass eine Abkühlrate von mindestens 30 K/min erforderlich ist, um den Kristallisationsgrad zu verringern und gleichzeitig die Zähigkeit des Materials zu erhöhen.
Empfehlung
Für den geplanten Einsatzzweck des Materials empfiehlt sich eine schnellere Abkühlung während der Fertigung, um die Sprödigkeit zu reduzieren. Alternativ kann auch glykol-modifiziertes PET (PET-G) verwendet werden, da dieses Material eine geringere Kristallinität und eine verbesserte Zähigkeit aufweist.
