Naylonlarda İzin Verilen Nem İçeriği Nedir?
Erkan İndibay
Plastik sektöründe 18 yıllık tecrübe. Satış, Pazarlama, ve Satınalma konularında deneyimlerim mevcuttur.
Naylon polimerler neredeyse 90 yıldır piyasada. Tarihlerinin başlarında, bu malzemelerin suyun etkisiyle kimyasal bağların kırıldığı bir kimyasal reaksiyon olan hidrolize duyarlı olduğu fark edildi. Naylonlarda kırılan bağlar polimer omurgasındadır, bu da moleküler ağırlıkta azalmaya ve buna bağlı olarak mekanik performansta kayıplara neden olur.
Ekteki şekil bir naylon 66 zincirinin kısa bir bölümünü göstermektedir ve malzemedeki hidrolize karşı hassas olan kimyasal bağı göstermektedir. Tipik bir ticari naylon malzemede, her zincirde bu hassas konumlardan yaklaşık 100 adet bulunur ve sorun yaratmak için bunlardan yalnızca bir veya ikisinin kırılması yeterlidir. Bu, naylonların eritilerek işlenmesinden önce malzemenin kurutulması gerektiği yönündeki iyi bilinen gereksinimle sonuçlanır.
Kurutma gerektiğinde, malzeme tedarikçileri tarafından istenen özellikleri koruyan parçalar üretilirken malzemede kalabilecek nem miktarına ilişkin önerilerde bulunulur. Bu yönergelerin incelenmesi bazı şaşırtıcı sonuçlara yol açmaktadır. Bu, kullanılan naylonun büyük bir yüzdesinin cam elyafı, karbon elyafı veya mineral dolgu maddesi ile doldurulmuş veya takviye edilmiş olmasından kaynaklanmaktadır. Alifatik naylonlar dikkat çekici bir dizi özellik sunar; ancak sıcaklık oda sıcaklığından 90°C'ye çıktığında dolgusuz naylonun mekanik özellikleri %75-80 oranında azalır.
Bu malzemeler nispeten yüksek erime noktalarına sahip olduğundan, polimerin oksidasyona karşı uygun şekilde stabilize edilmesi durumunda geniş bir yüksek sıcaklık aralığında kullanılabilirler. Ancak mekanik performanstaki düşüşün derecesi her zaman yönetilebilir değildir. Dolgu maddeleri ve takviyelerin eklenmesi mekanik özelliklerdeki bu düşüşü azaltır. Cam elyafı en yaygın kullanılan bileşendir ve %20-40 oranında ilave edilir, ancak %60 cam elyafı içeren kaliteler de mevcuttur.
Bu, cam elyafının varlığının, başarılı işleme için gereken maksimum nem içeriğine ilişkin önerileri nasıl etkilediğine ilişkin bir soruyu ortaya çıkarmaktadır. Kabul edilebilir maksimum nem içeriği sorusunu ele alan yayınlanmış verilerin incelenmesi, bazı soruların ortaya çıkmasına neden olmalıdır, ancak çoğu zaman bu durum ortaya çıkmaz. Doldurulmamış bir naylon (66) için bir veri sayfasına atıfta bulunularak, rehberlik nem içeriğinin %0,20 veya daha az olması gerektiği yönündedir. Aynı tedarikçinin %50 cam dolgulu naylon 66 için veri sayfasında tam olarak aynı değer olan %0,20 belirtiliyor. Ancak cam elyafın nem emme sürecine katılmaması nedeniyle bir sorun vardır. Bu nedenle, camın varlığını orantılı olarak hesaba katan kabul edilebilir nem içeriğinde bir miktar ayarlama yapılması gerekir.
Bu sayılardan biri yanlış olmalı. Dolgusuz naylonun %0,20'yi aşan nem içeriğiyle işlenemeyeceği doğruysa, bu durumda %50 cam dolgulu %0,20'lik naylondaki polimer aslında polimer fraksiyonunda %0,40 nem içerir. Bu, aşırı nem olarak kabul edilir ve kalıplama işlemini başarısızlığa mahkum eder.
Diğer olasılık ise %50 cam dolgulu kalite için %0,20 sayısının doğru olması ve dolayısıyla dolgusuz malzemenin %0,40 kadar yüksek nem içeriği değerleriyle kalıplanabilmesidir. Çeşitli kalitelerdeki dolgusuz ve dolgulu malzemeler için aynı numaranın kullanılması doğru olamaz. Bununla birlikte, büyük bir reçine tedarikçisinin antetli kağıdıyla yayınlanan belgelere endüstrinin çoğu tarafından hâlâ büyük bir güven duyulmakta ve hatta bazen uygun işleme için spesifikasyonlara dönüştürülmektedir.
LinkedIn tarafından öneriliyor
Yayınlanan bu yönergeleri takip etmenin sonuçlarına bakmak öğreticidir. %43 cam dolgulu naylon 6/6 için bir veri sayfası, %0,20'ye kadar nem içeriğinin işleme için kabul edilebilir bir koşulu temsil ettiğine dair standart kılavuz sağlar. Ek olarak, bu malzeme için önerilen erime sıcaklığı aralığı 285-3056°C olup optimum değeri 295°C olarak belirtilmiştir. Cam içeriğine dayalı basit bir hesaplama, dolgusuz bir naylon 6/6 için %0,20'nin doğru sayı olması halinde bu dolgulu malzeme için uygun maksimum değerin %0,114 (%0,20 × %57) olacağı sonucuna varacaktır.
Bununla birlikte, belirli bir uygulama için malzemeyi kalıplayan işlemci, nem içeriğini %0,20'ye kadar kontrol ederek ve 299°C erime sıcaklığı çalıştırarak yayınlanmış işleme önerilerine sadık kaldı. Ancak ürettikleri parçalar arızalanıyordu. Peletlerdeki ve arızalı parçalardaki polimerin ortalama moleküler ağırlığı ölçüldüğünde, kalıplanmış parçalar, peletlerle karşılaştırıldığında içsel viskozitede %20'lik bir düşüş sergiledi. %7'yi aşan azalmaların, polimerin ortalama molekül ağırlığında aşırı bir kaybı temsil ettiği kabul edilir. Bu, mekanik özelliklerde, özellikle de darbe direncinde gözlenen kaybın nedeniydi.
Daha önce tartıştığımız gibi, eriyik işleme sırasında moleküler ağırlığın korunması sadece nem içeriğinin kontrolü ile ilgili değildir. Polimer, nem içeriği, erime sıcaklığı ve kalış süresi gibi koşulların bir kombinasyonuna yanıt verir. Uygun bir nem içeriğine kadar kurutulan malzemenin bile eriyik içindeki aşırı ısı ve zaman nedeniyle bozunabildiğini gösteren birçok çalışma yapılmıştır. Aynı şekilde, diğer iki parametre iyi kontrol edilirse, arzu edilenden daha yüksek nem içeriğine sahip malzeme hayatta kalabilir.
Çalışma Neyi Gösterdi?
Bu uygulama üzerinde yapılan bir çalışma bunu kanıtladı. %0,20 nem içeriği ve 299°C erime sıcaklığı ile yedi dakikalık kovanda kalma süresiyle birlikte kalıplanan parçaların önemli ölçüde bozulduğunun belirlenmesinden sonra malzeme %0,114 seviyesine kurutuldu. Peletlerden parçalara doğru gerçek viskozite düşüşü %20'den %10'a çıktı. Bu hala arzu edilen sonuç değildi, ancak gelişme önemliydi ve bu şekilde kalıplanan parçalar, uygulama gerilimlerine işlevsel olarak dayanma kapasitesine sahipti. %0,06'lık bir nem içeriğine kadar daha fazla kurutma, kalıplanmış parçaların gerçek viskozitesinin gerçekte yaklaşık %1 arttığı ve elbette bunların daha da iyi performans gösterdiği parçalar üretildi.
İçsel viskozitedeki artış, bu testleri gerçekleştirmek için zaman ayıran kişileri sıklıkla şaşırtan bir sonuçtur. Ancak bu, naylonlar ve polyesterler de dahil olmak üzere birçok yoğunlaşma polimerinde yaygın bir olgudur. Bu, polimer zincirlerinin kurutma sırasında meydana gelen yüksek sıcaklıklara maruz bırakılarak uzatılabildiği, katı hal polimerizasyonu olarak bilinen bir işlemden kaynaklanmaktadır. Bu çalışma, daha düşük bir nem içeriğine kadar kurutma yoluyla, üretilen işlevsel olmayan ürünün veri sayfasında önerilen nem içeriğinde çalışırken polimerin ortalama moleküler ağırlığını esasen sabit tutmanın mümkün olduğunu gösterdi.
Sektörün bu farkındalığı yakalaması gerekiyor. Bu tür çalışmalar aracılığıyla, diğer iki parametre olan erime sıcaklığı ve fıçıda kalma süresinin uygun şekilde kontrol edilmesi halinde, dolgusuz bir naylon için %0,20'lik bir nem içeriğinin uygun olduğu gösterilebilir. Ancak dolgulu naylonlar için aynı %0,20 değeri uygulanabilir değildir ve kalıplanmış parçalarda ciddi performans eksikliklerine yol açabilir. Uygun bir nem içeriği, aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi, doldurulmamış naylon için kabul edilebilir %0,20 değerinin polimer olan bileşiğin yüzdesi ile basit bir şekilde çarpılmasıyla hesaplanabilir.
Bu tartışmanın ikinci bölümünde göreceğimiz gibi, veri sayfalarında belirtilen daha yüksek nem içeriklerinde çalışmak mümkündür ancak bunu başarılı bir şekilde yapmak için tartıştığımız diğer iki işlem parametresini, yani erime sıcaklığını ayarlamak gerekir. ve kalma süresi.