PlasticPortal.eu - denne aktualizovaný portál pre plasty a gumu

Aktuality
Všetko najlepšie, Fakuma!

20.07.2017 | Fakuma, medzinárodný veľtrh pre spracovateľov plastov, oslavuje v tomto roku svoje 25. výročie.

Ochranné relé pre optimálny výkon bez kompromisov

18.07.2017 | Potrebujete sa vyvarovať škodám spôsobenými poruchami v elektrickej rozvodnej sieti a tak si zabezpečiť, aby stroje robilo to, na čo sú určené?

Možnosti získania grantu v Slovenskej republike

14.07.2017 | Prehľad noviniek - júl 2017.

Novinka: Dosky s aretačnou drážkou od STRACK

12.07.2017 | Teraz môžeme kombinovať: Nové doštičky STRACK s drážkou ako protikus odpružených aretáciou šíber.

Simulácia procesu vstrekovania plastov - Cadmould® 3D-F® Essential

10.07.2017 | Cadmould® 3D-F® Essential je teraz voľne na stiahnutie. Táto ponuka platí v období od 1. júla do 30. septembra 2017.

 
Plastikársky slovník
Portál ZÁKONY A NORMY
Portál ZÁKONY A NORMY
Aktuálne v legislatíve
Obsah PAH v predmetoch a v hračkách

03.07.2017 | Na webovej stránke ECHA je nová výzva na predkladanie pripomienok a dôkazov týkajúce sa obsahu PAH uvedeného v položke 50 prílohy XVII nariadenia REAC ...

Nová vydaná změna nařízení č. 10/2011 (nařízení PIM) o materiálech a předmětech z plastů určených pro styk s potravinami

31.05.2017 | Nařízení Komise č. (EU)2017/752 mění a opravuje nařízení PIM o materiálech a předmětech z plastů určených pro styk s potravinami:

Verejná konzultácia o pravidlách zodpovednosti výrobcu za škodu spôsobenú chybou výrobku

10.04.2017 | Európska Komisia začala na svojich webových stránkach verejnú konzultáciu o pravidlách zodpovednosti výrobcu za škodu spôsobenú chybou výrobku.

Zdravotnícke pomôcky - Systémy manažérstva kvality

07.12.2016 | Norma pre Zdravotnícke pomôcky - Systémy manažérstva kvality - Požiadavky na splnenie predpisov, z decembra 2016.

Připravuje se novela zákona č. 477/2001 Sb. o obalech

29.11.2016 | Připravovaná novela zákona č. 477/2001 Sb. o obalech se týká se povinného zpoplatnění pouze lehkých plastových odnosných tašek s tloušťkou stěny do 50 ...

 
Newsletter
CAPTCHA Image
 
Úvod > Aktuálne články > Radiačné sieťovanie - metóda zlepšovania vlastností polymérov, 3. časť
Radiačné sieťovanie - metóda zlepšovania vlastností polymérov, 3. časť
 
 
Radiačné sieťovanie - metóda zlepšovania vlastností polymérov, 3. časť

Radiačné sieťovanie - metóda zlepšovania vlastností polymérov, 3. časť

Posledná časť článku o metóde zlepšovania vlastností polymérov - radiačným sieťovaním, prvá časť bola zverejnená dňa 16.2.2015 a druhá časť bola zverejnená dňa 23.2.2015.

3.2.2. Krípové chování

Krípové chování (tečení za studena pod napětím) je důležitá vlastnost polymerů vystavených dlouhodobému zatížení, např. v případě trubek, drátů, skladovacích nádrží, apod. Podle standardních znalostí může síťování výrazně zvýšit odolnost polymerů proti krípové deformaci. Účinek radiačního síťování na krípové chování u HDPE a LDPE je zobrazený v obr. 20, 21 a 22. Obr. 21 a 22 zobrazuje vliv dávky ionizačního záření na krátkodobé krípové chování při zvýšené teplotě 80 °C.

S růstem množství gelové fáze roste i hustota sítě v celém polymerním systému. Tato vzniklá síť propojuje polymerní řetězce ve zkušebních tělesech mnohem pevněji, což omezuje právě tečení materiálu za studena.

 

   Obr. 19: Zařízení pro zkoušení krípového chování při pokojových a při vyšších teplotách

Materiál HDPE byl zkoušený při pokojové teplotě 23 °C po dobu 200 hodin a při počátečním napětí 5,29 MPa. Druhá zkouška byla prováděná při teplotě 80 °C při shodném počátečním napětí, ale při zkrácené době pozorování 24 hodin.

Z naměřených dat lze vypozorovat (obr. 20), že se viditelný vliv radiačního síťování začíná projevovat už při dávce záření 66 kGy až do dávky 198 kGy. Při úrovni dávek od 66 do 165 kGy je vliv absorbovaných dávek záření velmi malý a roste po desetinách procent. Nejvýznamnější účinek byl pozorovaný při dávce 198 kGy, kdy celková krípová deformace (ƐM) klesla o 20% oproti originálnímu neozářenému materiálu.

 

   obr. 20: Porovnání krípového chování HDPE při 23 °C po 200 hodinách

Významný vliv radiačního síťování na krípové chování je nejpatrnější za zvýšených teplot (viz obr. 21).

 

   obr. 21: Porovnání krípového chování HDPE při 80 °C po 24 hodinách

Při zvýšené teplotě a zkrácené době expozice bylo dosaženo redukce celkového relativního krípového napětí o 18% a to už při nejnižší aplikované dávce záření 33 kGy. Zatímco dávkou 66 kGy bylo dosaženo zlepšení až o 26%. Další aplikované dávky záření nepřinesly další významná zlepšení, jak uvádí tabulka 1.

Tabulka 1: Porovnání zlepšení krípového chování HDPE při 80 °C po 24 hodinách

Dávka  

(kGy)

0

33

66

99

132

165

198

Zlepšení

-

18%

26%

26%

28%

25%

29%


V případě druhého zkoušeného materiálu (LDPE) měl vliv zvyšujících se dávek ionizačního záření na krípové chování srovnatelný charakter (viz tab. 2). Nejvýznamnější účinek byl zjištěný při dávce 198 kGy, kdy bylo pozorováno zlepšení hodnoty krípového chování o 21% oproti původnímu neozářenému materiálu (obr. 22).

 

   obr. 22: Porovnání krípového chování LDPE při     80 °C po 24 hodinách

Tabulka 2: Porovnání zlepšení krípového chování LDPE při 80 °C po 24 hodinách

Dávka  

(kGy)

0

33

66

99

132

165

198

Zlepšení

-

5%

13%

17%

12%

15%

21%


3.3 Teplotní odolnost

Vliv různých dávek ionizačního záření na odolnost zvolených polymerů (TPE-E, LDPE, HDPE) při vyšších teplotách byl zkoumaný na základě měření termomechanické analýzy a vizuálním pozorováním teplotní stability v teplotní komoře. Jak je patrné z obrázků 23 – 28 teplotní odolnost se zvyšuje s rostoucími dávkami ionizačního záření.

3.3.1 Termomechanická analýza

Vliv dávek ionizačního záření na termomechanické vlastnosti TPE-E je zobrazený na obr. 23. Termomechanická odolnost se významně zlepšuje při dávkách záření nad 66 kGy. Nejvýznamnější zlepšení odolnosti zkušebního materiálu proti penetraci měřící sondy bylo zjištěno při dávce 165 kGy až do krátkodobého vystavení teplotě kolem 360 °C. Vyšší dávky záření už nepřinesly další požadované zlepšení odolnosti proti pronikání sondy do zkoumaného materiálu.

 

   obr. 23: Termomechanická analýza TPE-E

Vliv dávek záření na termomechanické vlastnosti LDPE je uvedený na obr. 24. Neozářený vzorek se začal tavit při teplotě 110 °C, což odpovídá teplotě tání daného materiálu. Vzorky ozářené nižšími dávkami (33 a 66 kGy) při teplotě 140 °C pouze změkly. Teprve až zkušební vzorky ozářené dávkami vyššími než 165 kGy vykazovaly významné zlepšení tepelné stability.

 

   obr. 24: Termomechanická analýza LDPE

Podobný vliv dávek ionizačního záření jako u LDPE na termomechanické vlastnosti vykázaly zkušební vzorky materiálu HDPE  (viz. obr. 25). Už malá dávka záření (do 15 kGy) posunula měknutí materiálu až k 170 °C.

To lze přičíst tvorbě frakcí s vysokým bodem tání (řetězce s vysokou molekulární hmotností) v důsledku síťování.

 

   obr. 25: Termomechanická analýza HDPE


3.3.2. Vizuální pozorování vybraných polymerů v teplotní komoře

Teplotní odolnost TPE-E byla rovněž vyhodnocena vizuelně dvouhodinovém vystavení teplotě 220 °C v teplotní komoře. Výsledky pozorování jsou uvedeny na obr. 26: Zkušební vzorky byly v teplotní komoře umístěné vodorovně. Polovina zkušebních vzorků byla na svém konci zatížená závažím (ohybový moment byl 1,5 N.mm). Po vystavení zkušební teplotě byly neozářené zkušební vzorky a vzorky ozářené 33 kGy úplně roztavené. Deformace zkušebních vzorků vlivem zvyšující se teploty postupně klesala se zvyšujícími se dávkami ionizačního záření. Podobně jako v případě měření TMA (termomechanické analýzy) bylo nejnižší deformace zkušebních vzorků vlivem zvyšující se teploty dosaženo u nejvyšší aplikované dávky záření 198 kGy. Povrchová kvalita zkušebních vzorků se zhoršila v důsledku povrchové termooxidace.

 

   obr 26: Deformace vzorků TPE-PE při teplotě 220 °C

Dvouhodinové vystavení LDPE vzorků teplotě 220 °C v teplotní komoře uvádí obr. 27. Umístění a zatížení zkušebních vzorků bylo shodné jako u TPE-E.

Získané výsledky rovněž potvrdily výsledky měření z TMA. K úplnému roztavení došlo pouze jen u neozářených zkušebních vzorků. Zkušební vzorky ozářené 33 kGy vykazovaly největší objemové změny, které ovlivnily jejich teplotní deformaci ohybem což lze zdůvodnit stále ještě nižším množstvím síťových propojení ve struktuře daného polymeru, což rovněž koresponduje i s obsahem vzniklé gelové faze (obr. 5).

 

   obr 27: Deformace vzorků LDPE při teplotě 220 °C


Po dvouhodinovém vystavení vzorků HDPE teplotě 220 °C při stejných podmínkách jako u vzorků TPE-E a LDPE byly získány podobné výsledky. Opět došlo u neozářených zkušebních vzorků a vzorků ozářený dávkou 33 kGy po vystavení zkušební teplotě k jejich úplnému roztavení. Nejmenší deformaci zkušebních vzorků vlivem zvyšující se teploty vykazovaly opět vzorky s nejvyšší aplikovanou dávkou záření 198 kGy (obr. 28).

 

   obr. 28: Deformace vzorků HDPE při teplotě 220 °C

Výsledky zkoušek jednoznačně ukázaly, že radiačním síťováním bylo dosaženo zlepšení teplotní odolnosti zkušebních vzorků.

Teplotní odolnost roste se zvyšováním dávek ionizačního záření. Vzorky ozářené nižšími dávkami vykazovaly větší deformace a větší objemové změny. To lze zdůvodnit nedostatečným množstvím vytvořených síťových propojení ve struktuře polymeru.

3.4 Chemická odolnost

Vliv různých dávek záření na chemickou odolnost (botnání) LDPE v kapalném xylenu uvádí obr. 29. Výsledky zkoušek jsou také porovnané s neozářenými vzorky. Měření bylo provedeno ponořením vzorků do xylenu při teplotě 80 °C. Zvýšení hustoty sítě v důsledku nově vytvořených chemických vazeb ochránilo relativně otevřenou amorfní strukturu proti vnikání rozpouštědla (xylenu).

Z obr. 29 je patrné, že neozářené vzorky se úplně rozpustily po   90 minutách. Naproti tomu vzorky ozářené již nízkými dávkami 33 kGy, se nerozpouštěly, ale jen botnaly. Výsledky také korelují s různými aplikovanými dávkami ionizačního beta záření, což lze zdůvodnit zvýšením hustoty sítě ve struktuře polymeru při vyšších dávkách ozáření, které bylo potvrzené také předchozími měřeními obsahu gelu.

 

   obr. 29: Botnání LDPE v xylenu

4. Závěr

Zkušební tělesa TPE-E, LDPE a HDPE byla vystaveny účinku urychlených elektronů za účelem zkoumání vlivu různých dávek ionizačního beta záření na mechanické, tepelené, chemické a krípové vlastnosti.

Vliv vyšších dávek ionizačního záření na pevnost v tahu byl zcela evidentní při teplotě 100 °C, kdy zkušební tělesa LDPE, ozářené dávkou 198 kGy, vykázaly zlepšení téměř o 60 % v porovnání se zkušebními tělesy neozářenými. To je způsobeno vyšším obsahem gelové fáze a větším počtem vzniklých propojených molekul, což lze vysvětlit vyšší mobilitou molekul řetězců LDPE což má za následek lepší účinnost síťování u tohoto matriálu oproti HDPE. Vliv rostoucích dávek záření na modul pružnosti E byl významnější při pokojové teplotě. Maximální rozdíl (cca 50%) mezi ozářenými a neozářenými zkušebními tělesy TPE-E byl zjištěný při ozáření dávkou 198 kGy.

Pozitivní účinek síťování byl prokázán také v případě krípového chování. Nejvýznamnější účinek byl pozorován při dávce 198 kGy, kdy celková poměrné prodloužení ƐM kleslo při vyšší teplotě o 29% oproti neozářenému materiálu HDPE. S vyšším počtem síťových propojení se v systému polymeru vytvořila hustší síť, kde nové vazby lépe udržují stavbu celého polymeru.

Velmi důležitým bodem je zlepšení teplotní odolnosti TPE-E, LDPE a HDPE po ozáření. Je zajímavé, že nad 120 °C si hodnotu poměrného prodloužení při mezi pevnosti v tahu zachovaly jen ozářené zkušební tělesa, zatímco neozářené nevyhověly.

Teplotní odolnost rostla se zvyšováním dávek ionizačního záření. To lze přičíst tvorbě frakcí s vysokým bodem tání (řetězce s vysokou molekulární hmotností) v důsledku síťování. Při pokojové teplotě hrají krystaly úlohu pevných bodů pro amorfní řetězce. Při působení mechanického namáhání nad teplotou tání (Tm) udržují strukturu amorfních řetězců pouze nově vytvořené kovalentní vazby. To významně posouvá aplikační možnosti radiačně zesíťovaných produktů z TPE-E, LDPE a HDPE materiálů např. trubek, kabelových izolací, atd., do oblastí pracovních teplot mnohem vyšších, než byla jejich původní teplota tání.

Výsledky práce potvrdily rovněž pozitivní vliv dávek ionizujícího záření na chemickou odolnost. Zvýšení hustoty sítě v důsledku nových chemických vazeb zvyšilo odolnost relativně otevřené amorfní struktury proti vnikání použitých chemických rozpouštědel.


1. část »
2. část »


AUTORI: Ing. Michal Daněk, Ph.D.1, Dr. Andreas Ostrowicki1, Ing. Zdeněk Holík, Ph.D.2, doc. Ing. Miroslav Maňas CSc.3, Ing. Aleš Mizera4, Ing. Martin Řezníček4

1BGS Beta-Gamma-Service GmbH & Co. KG., Fritz-Kotz-Strasse 16, Wiehl, D-51674, Německo, E-mail: danek@bgs.eu, ostrowicki@bgs.eu, Tel.: +49-22617899-0, Fax: +49-22617899-45

2Robert Bosch, spol. s.r.o., Roberta Bosche 2678, České Budějovice, CZ-370 04, Česká Republika, E-mail: zdenek.holik@cz.bosch.com, Tel: +420-380 403 354

3Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta Aplikované informatiky, Vědeckotechnický park ICT, Nad Stráněmi 5656, Zlín 5, CZ-760 05, Česká Republika, E-mail: manas@fai.utb.cz, Tel.: +420-57603-5631

4Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta Technologická, Ústav výrobního inženýrství, nám. TGM 275, Zlín, CZ-762 72, Česká Republika, E-mail: holik@ft.utb.cz, Tel: +420-57603-5280, Fax: +420-57603-5176


Poděkování

Tento článek vznikl na základě dobré spolupráce mezi BGS Beta-Gamma-Service GmbH & Co. KG, Německo, a Univerzitou Tomáše Bati ve Zlíně v České Republice.


Reference

[1]     Woods, R. J., Applied radiation chemistry: radiation processing, A Wiley-Interscience publication, New York, 1994, ISBN 0-471-54452-3.

[2]     Makuuchi,K., Cheng, S.: Radiation Processing of Polymer Materials and its Industrial Applications, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, USA, 2012, ISBN 978-0-470-58769-0.

[3]     Drobny, J.G., Radiation Technology for Polymers, Boca Raton: CRC Press, 2003, ISBN 1-58716-108-7.

[4]     BGS – Beta Gama Service, www: http://bgs.eu

[5]     PTS – PTS Plastic-Technologie-Service, http://www.pts-marketing.de

[6] Brocka, Z., Werkstoff- und Einsatzpotential strahlenvernetzter Thermoplaste, Lehrsthul für Kunststofftechnik (LKT), Nürnberg, 2008.

[7]   Clough, R.L.; Shalaby, S.W.: Radiation Effects on Polymers, American Chemical Society, Washington, DC, 1991, ISBN 0-8412-2165-0

[8]   Tabata, Y., Ito, Y., Tagawa, S.: eds. CRC Handbook of Radiation Chemistry, CRC Press, Boca Raton, FL, 1991.

[9]  Singh, A., Silverman, J.: Radiation Processing of Polymers. Carl Hanser Verlag München, Wien, New York, Barcelona, 1992, ISBN 3-446-15784-0.

[10]  Holik, Z.; The influence of irradiation on polymers properties - the influence of absorbed dose of radiation on the change of selected mechanical properties: doctoral thesis, Tomas Bata University in Zlin, Zlin 2013, 55 s., ISBN 978-80-7454-322-7.

[11]  Holik, Z., Manas, M., Danek, M., Macourek, J.: Improvement of mechanical and thermo mechanical properties of polyethylene by irradiation crosslinking. Chem. Listy 103, s 1 - s 148 (2009), ISSN 0009-2770.

[12]  Danek, M.; The influence of irradiation on polymers properties: the influence of dose on the change of mechanical properties of irradiated technical polymers: doctoral thesis, Tomas Bata University in Zlin, Zlin 2013, 73 s., ISBN 978-80-7454-320-3.

[13]  Holik, Z., Manas, M., Danek, M., Lamborova, R., Cerny, J., Kyas, K., Krumal, M., Malachova, M.: Effect of irradiationn cross-linking on mechanical properties of selected types of polymer. Chem. Listy 105, s233-s416 (2011), ISSN 0009-2770.

[14]  Manas, M.; Stanek, M.; Manas, D.; Danek, M.; Holik, Z. Temperature stability of irradiated polymers. Chem. Listy 105, s233-s416 (2011), ISSN 0009-2770.

[15]  Holik, Z., Danek, M., Manas, M., at all: Effect of irradiation cross-linking on mechanical properties of selected types of polymer. Chemicke listy, 105(S), p269-271, ISSN 0009-2770.

[16]  Holik, Z., Danek, M., Manas, M., Cerny, J., Malachova M.: The Influence of Ionizing Radiation on Chemical Resistance of Polymers., International journal of mechanics , Issue 1, Volume 5, 2011, pp. 210-217, ISSN: 1998-4448.

[17]  M. Manas et al., Improvement of Mechanical Properties of the TPE by Irradiation, Chemicke Listy, Vol.105, 2011, pp. 828-829.

[18]  Mizera, A.; Maňas, M.; Holík, Z.; Maňas, D.; Staněk, M.; Černý, J.; Bednařík, M.; Ovsík, M. Properties of HDPE after Radiation Cross-Linking. International Journal of Mathematics and Computers in Simulations, 2012, nr. 6, s. 584-591. ISSN 1998-0159.

[19]  Poongavalappil, S., Svoboda, P., Theravalappil, R., Svobodová, D., Danek, M., Zatloukal, M.: Study on the Influence of Electron Beam Irradiation on the Thermal, Mechanical, and Rheological Properties of Ethylene-octene Copolymer with High Comonomer Content. Journal of Applied Polymer Science. 2013, vol. 128, no. 5 s. 3026-3033. ISSN:0021-8995.

[20]  Tamboli, S., M., Mhaske, S. T., Kale, D. D.: Crosslinked Polyethylene. Indian Journal of Chemical Technology, Vol. 11, November 2004, 11s.

[21]  Khonakdar, H.A., Jafari, S.H., Wagenknecht, U., Jehnichen, D.: Effect of electron-irradiation on cross-link density and crystalline structure of low- and high-density polyethylene. Radiation Physics and Chemistry, Volume 75, Issue 1, January 2006, 8s.

[22]  Dadbin, S., Frounchi, M., Saeid, M. H., Gangi, F.: Molecular Structure and Physical Properties of E-Beam Crosslinked Low-Density Polyethylene for Wire and Cable Insulation Applications. Journal of Applied Polymer Science, Volume 86, Issue 8, 21 November 2002, 10s.

[23]  Gheysaria, Dj., Behjata, A., Haji-Saeidb, M.: The effect of high-energy electron beam on mechanical and thermal properties of LDPE and HDPE. European Polymer Journal, Volume 37, Issue 2, February 2001, 7s.

[24] Řezníček, M. a kol: Zařízení k měření creepu polymerních materiálů. Užitný vzor 24898. 4. 2. 2013. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně.

www.bgs.eu
Kontakty »

2.3.2015
 
 
 
 
 
Odporučte článok Vytlačiť článok Späť
 
 

Späť


 
Najnovšia inzercia
 

Predaj | Bubnový magnet
20.07.2017

 
 

Predaj | Dopravníkový pás
20.07.2017

 
 

Kúpa | Drť HIPS s V2
20.07.2017

 
 
 
 
 

Predaj | HDPE a PP
19.07.2017

 
 

Predaj | PS HIPS černá drť
19.07.2017

 
 
 
Výstavy
SRI LANKA PLAST

03.08.2017 | Medzinárodná plastikárska výstava.

Plastic, Printing & Packaging, Tanzania - PPPEXPO 2017

22.08.2017 | 20. Medzinárodný veľtrh plastov, značenia, balenia.

China Composites Expo 2017

06.09.2017 | Medzinárodný veľtrh a fórum pre technológie kompozitov a aplikácií.

Drinktec 2017

11.09.2017 | Medzinárodný veľtrh nápojov a technológií

VietnamPlas

13.09.2017 | Veľtrh pre plasty a gumu.

EMO Hannover 2017

18.09.2017 | Popredný svetový veľtrh obrábania kovov.

HYBRID Expo 2017

19.09.2017 | Veľtrh pre vývoj a výrobu hybridných súčiastok a ich aplikačné sektory sa koná každé 2 roky.

TUBE SOUTHEAST ASIA 2017

19.09.2017 | 11. medzinárodný veľtrh pre výrobcov rúr a potrubí pre juhovýchodnú Áziu.