Problemstellung: Sprödigkeit von Verpackungsmaterial
Ein Kunststoffprodukt, das ursprünglich als Verpackungsmaterial vorgesehen war, zeigte sich als spröde und daher ungeeignet für diesen Einsatzzweck. Um die Ursache zu ermitteln, wurde eine umfassende chemische und thermische Charakterisierung durchgeführt, um die Umwandlungstemperaturen und Enthalpien des Materials zu bestimmen.
Strategie: Stufenweise Materialanalyse
Zur Behebung des Problems wurde ein schrittweises Untersuchungsverfahren angewandt, um die thermischen Eigenschaften des Kunststoffs und dessen Kristallinität zu bestimmen.
Schritt 1: Materialbestimmung mittels FTIR-Spektroskopie
Im ersten Schritt wurde der Kunststoff durch FTIR-Spektroskopie analysiert. Es stellte sich heraus, dass es sich um amorphes PET (PET-A) handelte, ohne zusätzliche Füllstoffe oder Additive.
Schritt 2: Charakterisierung mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC)
Im nächsten Schritt wurde der Kunststoff durch Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) untersucht. Die Ergebnisse zeigten einen hohen Kristallinitätsgrad von 48%, und es wurde festgestellt, dass der Kunststoff oberhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) nachkristallisiert.
Zwischenergebnis: Ursache der Sprödigkeit
Die geringe Abkühlrate im Fertigungsprozess war der Grund dafür, dass die Kristallisation des PETs nicht ausreichend unterdrückt wurde. Dies führte zu einem erhöhten Kristallinitätsgrad, was die Sprödigkeit des Materials verstärkte.
Schritt 3: Optimierung der Abkühlraten
Zur Lösung des Problems wurde die optimale Abkühlrate am Ausgangsmaterial identifiziert. Dabei wurde eine Temperatur-Zeit-Kinetik aufgestellt, die zeigte, dass eine Abkühlrate von mindestens 30 K/min erforderlich ist, um den Kristallisationsgrad zu verringern und die Zähigkeit des Materials zu erhöhen.
Abschlussbericht: Optimierung des Prozesses
Im Abschlussbericht wurde empfohlen, entweder das Material schneller abzukühlen oder auf Glykol-modifiziertes PET (PET-G) umzusteigen, das aufgrund seiner niedrigeren Kristallisationsneigung besser für den geplanten Einsatzzweck geeignet ist.
