Multifaceted Evaluation of Plastics: Differences due to PC/ABS Resin Compounding Ratio

Význam tématu

Polykarbonát/ABS (PC/ABS) je komerčně významný kopolymer široce využívaný v automobilovém, kancelářském i spotřebním průmyslu. Správné složení směsi po vstřikování je zásadní pro zajištění požadovaných mechanických a optických vlastností výrobků. Multifasetová analýza umožňuje rychlé a spolehlivé ověření skutečného poměru složek v polymerech během výrobního procesu.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo stanovit vztah mezi vstupním poměrem PC k ABS při mletí a vstřikování a výslednou kompozicí a vlastnostmi pěti testovacích vzorků (0:100, 25:75, 50:50, 75:25, 100:0). Hodnoceny byly optické, mechanické, termické a morfologické parametry za účelem identifikace lineárních závislostí, které by umožnily předpověď složení neznámých materiálů.

Použitá metodika a instrumentace

K přípravě vzorků sloužilo jednokrokové míchání ve vřetenových mlecích strojích následované vstřikováním při definovaných teplotách a časech míchání.

• UV-Vis spektrofotometr UV-2600i s integrační sférou ISR-2600Plus (380–780 nm, rozlišení 1 nm)
• Dynamický ultra mikro tvrdostní tester DUH-210 (Berkovich hrot, zatížení 500 mN)
• Univerzální zkušební stroj AGX-V (5 kN, rychlost 1 mm/min, extensometr TRViewX)
• Diferenciální skenovací kalorimetr DSC-60 Plus (20 °C/min, dusíková atmosféra)
• FTIR spektrometr IRTracer-100 s QATR™10 diamantovou prismou (400–4000 cm⁻¹, 4 cm⁻¹, 40 akumulací)
• SPM/AFM mikroskop SPM-Nanoa™ v režimu Nano 3D Mapping Fast (5 µm × 5 µm)

Hlavní výsledky a diskuse

• Optické vlastnosti: Žlutost vzorků stoupá s rostoucím podílem ABS, což lze kvantifikovat ze zrcadlových spekter UV-Vis.
• Povrchová tvrdost: Indentační tvrdost vzorků vzrůstá až do poměru PC 75 % a poté stagnuje.
• Mechanické vlastnosti: Pevnost v tahu a prodloužení při přetržení rostou s podílem PC, pružný modul dosahuje maxima mezi 50–75 % PC.
• Termické přechody: Skelné přechody ABS (Tg₁) a PC (Tg₂) vykazují lineární závislost na složení, což umožňuje odhad procentuálního zastoupení komponent.
• FTIR analýza: Intenzita pásu C=O při 1770 cm⁻¹ roste proporcionálně s množstvím PC, potvrzuje shodu složení po vstřikování.
• Mikroskopie AFM: Skeny tvrdostního rozdělení zobrazují jednotlivé fáze PC/ABS v závislosti na poměru složek, odpovídají deklarovaným koncentracím.

Přínosy a praktické využití metody

Multifasetová evaluace na základě jednoduchých měřicích technik umožňuje rychlé zjištění skutečného složení PC/ABS směsí. Tento přístup snižuje riziko nesprávného rozhodnutí na výrobní lince a zlepšuje efektivitu QA/QC procesů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Prohloubení vztahu mezi mikrostrukturou fází a mechanickými vlastnostmi polymerních směsí.
• Rozšíření metod pro další termoplasty a kompozity s komplexním složením.
• Integrace dat z více technik s pokročilými algoritmy strojového učení pro predikci složení v reálném čase.

Závěr

Studie prokázala, že kombinace UV-Vis, FTIR, DSC, mechanických testů a AFM může spolehlivě odhadnout složení PC/ABS směsí po vstřikování. Lineární závislosti mezi fyzikálně-chemickými vlastnostmi a poměrem složek poskytují základ pro efektivní kontrolu kvality.

Reference

• Kazumi Kawahara, Fumiaki Yano, Tsukasa Nishimura, Masato Hirade, Mitsuru Ohta: Multifaceted Evaluation of Plastics: Differences due to PC/ABS Resin Compounding Ratio, Shimadzu Application News, First Edition: Oct. 2023