Wp³yw regranulatu na wybrane w³aœciwoœci fizykochemiczne w mieszaninie poliamidu 6 wzmocnionego w³óknem szklanym 325 Anna BRZOZOWSKA-STANUCH, 1*, Stanis³awRABIEJ, 2, Marek MAŒLANKA, 1, Marian SUCHOÑ 1 1 Instytut Badañ i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o., Bielsko-Bia³a * e-mail: Anna.brzozowska-stanuch@bosmal.com.pl 2 Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Bia³ej, Wydzia³ Nauk o Materia³ach i Œrodowisku Wp³yw regranulatu na wybrane w³aœciwoœci fizykochemiczne w mieszaninie poliamidu 6 wzmocnionego w³óknem szklanym Streszczenie. W pracy przedstawiono wyniki badañ w³aœciwoœci mechanicznych dla próbek wykonanych z poliamidu 6 z 30-procentow¹ zawartoœci¹ w³ókna szklanego PA6GF30 oraz jego mieszanin z regranulatem pochodzenia poprodukcyjnego. Badania prowadzono w celu scharakteryzowania wp³ywu dodatku regranulatu na udarnoœæ, wytrzyma³oœæ na zginanie, modu³ Younga, wyd³u enie oraz wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie. Charakterystykê zmian zachodz¹cych w materiale na poziomie cz¹steczkowym oceniano przy zastosowaniu spektroskopii w podczerwieni z transformacj¹ Fouriera (FTIR). Otrzymane wyniki jasno wskazuj¹ na istnienie negatywnego wp³ywu dodatku przemia³u poprodukcyjnego na w³aœciwoœci mechaniczne nowo otrzymanego materia³u. THE EFFECT OF REGRANULATION ON SELECTED PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES IN A MIX- TURE OF POLYAMIDE 6 REINFORCED WITH GLASS FIBER Summary. In this work, the results of mechanical properties for test samples made of polyamide 6 with 30-percent glass fiber content and its compounds with regranulated origins of post-production. The study was conducted to characterize the influence of regrinding on impact strength, flexural strength, Young s modulus, elongation and tensile strength. The changes which occurred in materials at the molecular level was monitored using FTIR spectroscopy. The results clearly indicate negative effect of the addition of milling post-production on the mechanical properties of the obtained material. 1. WPROWADZENIE W obecnych czasach materia³y polimerowe i wyroby z nich wykonane sta³y siê tak integraln¹ czêœci¹ naszego œrodowiska i otoczenia, jak materia³y klasyczne tj. drewno, szk³o czy metal i w krótkim czasie nawet zaczê³y je zastêpowaæ. Zastosowanie tworzyw polimerowych roœnie ze wzglêdu na ich stosunkowo ³atw¹ produkcjê, przetwarzalnoœæ, mo liwoœæ uzyskiwania z nich elementów o bardzo skomplikowanych kszta³tach, nisk¹ wagê, odpornoœæ na ró ne substancje chemiczne, niskie przewodnictwo elektryczne, mo liwoœæ ³atwego barwienia oraz, co najwa niejsze, niski koszt. Zastosowanie materia³ów polimerowych siêga prawie wszystkich ga³êzi przemys³u od zabawek, artyku³ów gospodarstwa domowego i przemys³u opakowañ po motoryzacjê, flotê morsk¹ i powietrzn¹. Œwiatowe dane statystyczne wskazuj¹, e iloœæ produkowanych i zu ywanych tworzyw polimerowych we wszystkich krajach wzrasta. ¹czna produkcja tworzyw polimerowych na œwiecie np. w 2011 roku osi¹gnê³a 235 mln ton. Wzglêdny udzia³ poszczególnych segmentów zastosowañ koñcowych kszta³towa³ siê podobnie jak w latach wczeœniejszych, tzn. najwiêkszym segmentem pozosta³y opakowania, na które przypad³o ponad 39% ogólnego zapotrzebowania. Za bran ¹ opakowaniow¹ kolejno znalaz³y siê: budownictwo (20,5%), motoryzacyjna (8,3%) oraz przemys³ elektryczny i elektroniczny (5,4%). ¹czna produkcja tworzyw polimerowych w Europie w 2011 r. wynios³a 58 milionów ton. Zebrano 25,1 miliona ton pokonsumenckich odpadów tworzyw polimerowych, czyli o 2,4% wiêcej, ni w 2010 roku, z czego 10,3 miliona ton trafi³o na wysypiska, a 14,9 miliona ton poddano procesom odzysku. Iloœæ odpadów tworzyw polimerowych zebranych w celu recyklingu wzros³a o 5,7% dziêki wiêkszej zmianom w ustawodawstwie, zwiêkszonym celom odzysku, poszerzonym programom zbierania opakowañ, coraz wiêkszej œwiadomoœci ekologicznej, a tak e zaanga owaniu przedsiêbiorstw zajmuj¹cych siê recyklingiem [1]. Zarówno wzrost zapotrzebowania i wytwarzania tworzyw polimerowych jak i fakt, e tworzywa s¹ bardzo wytrzyma³ym materia³em, który mo e przetrwaæ d³u ej ni wykonane z niego produkty, wzrasta problem z pojawiaj¹c¹ siê coraz wiêksz¹ iloœci¹ odpadów. Powtórne wykorzystanie odpadów z tworzyw polimerowych jest najlepsz¹ metod¹ usuwania ich ze œrodowiska. Przepisy obowi¹zuj¹ce w Unii Europejskiej zobowi¹za³y Polskê do osi¹gniêcia do roku 2020 min. 50% poziomu odzysku tworzyw polimerowych z odpadów. Odzysk materia³owy polegaæ ma na powtórnym wykorzystaniu tworzywa, pochodz¹cego ze zu ytych wyrobów i ponownym jego wykorzystaniu przy produkcji nowych wyrobów [1]. W opracowaniu prasowym Odpady z tworzyw polimerowych wartoœæ do odzyskania Plastic Europe z 2011 podkreœla siê, i mechaniczne rozdrabnianie zu ytych tworzyw polimerowych do postaci regranulatu lub recyklatu nadaj¹cego siê do ponownego przetworzenia, pozwala na otrzymanie rozdrobnionych niewielkich cz¹stek, których struktura chemiczna pozostaje praktycznie niezmieniona. Recykling mechaniczny stosuje siê jeœli odzyskiwane tworzywa s¹ czyste i jednorodne. W zale noœci od miejsca aplikacji polimerowy materia³ bazowy wzmacnia siê w³óknami oraz nape³niaczami nieorganicznymi w celu poprawy w³aœciwoœci mechanicznych, takich jak: wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie, twar-
326 Anna BRZOZOWSKA-STANUCH, Stanis³aw RABIEJ, Marek MAŒLANKA, Marian SUCHOÑ doœæ, udarnoœæ, stabilnoœæ wymiarowa oraz zmniejszeniu kosztów w porównaniu do materia³u o podobnej wytrzyma³oœci. W³aœciwoœci kompozytów polimerowych na osnowie termoplastów zale ¹ od iloœci, kszta³tu i rodzaju u ytego nape³niacza oraz wzajemnych oddzia³ywañ pomiêdzy nim a polimerem. Cz¹stki takie jak kulki lub bry³ki wp³ywaj¹ na wzrost modu³u sprê ystoœci, ale generalnie nie zwiêkszaj¹ wytrzyma³oœci, natomiast cz¹stki takie jak w³ókna czy p³ytki o rozwiniêtej powierzchni powoduj¹ równoczesny wzrost sztywnoœci i wytrzyma³oœci kompozytu [8-12]. Porównuj¹c wytrzyma³oœci ró nych materia³ów mo na zauwa yæ, e tzw. wspó³czynnik wytrzyma³oœci w³aœciwej dla typowych materia³ów konstrukcyjnych (zdefiniowany jako stosunek wytrzyma³oœci na rozci¹ganie do ciê aru w³aœciwego) najwy sz¹ swoj¹ wartoœæ przyjmuje dla kompozytów polimerowych, co jest jedn¹ z podstawowych przyczyn szybkiego wzrostu ich produkcji i zastosowañ. Dopiero na dalszych miejscach w tym zestawieniu s¹ ró ne stopy tytanu, stal, stopy aluminium. W³aœciwoœci kompozytu s¹ kombinacj¹ zarówno w³aœciwoœci w³ókna jak i osnowy. Zale ¹ równie od zdolnoœci przenoszenia obci¹ eñ na granicy tych dwóch faz. Nadanie wyrobom ¹danego kszta³tu, przenoszenie obci¹ eñ na w³ókna, kszta³towanie w³aœciwoœci cieplnych, chemicznych i palnych to funkcje osnowy. Efektywnoœæ wzmocnienia zale y od udzia³u objêtoœciowego i rozmieszczenia w³ókien w osnowie, adhezji miêdzy tymi dwoma sk³adnikami a tak e d³ugoœci i wytrzyma³oœci w³ókien. W³aœciwy dobór tych parametrów wp³ywa na w³aœciwoœci wytrzyma³oœciowe, cieplne i zmêczeniowe kompozytu [2-7]. W³aœciwoœci mechaniczne kompozytów z³o onych z polimeru i w³ókien mog¹ zmieniaæ siê w zale noœci od rozk³adu w³ókien w strukturze, wielkoœci i rodzaju w³ókien, iloœci a tak e si³ adhezji pomiêdzy polimerem a w³óknami. Najwa niejsze parametry maj¹ce wp³yw na w³aœciwoœci mechaniczne materia³u kompozytowego to zawartoœæ i d³ugoœæ u ytych w³ókien. Ogólnie aby w³ókno mog³o skutecznie pe³niæ swoja rolê w kompozycie jego œrednica powinna mieœciæ siê w zakresie 9-18 µm a d³ugoœæ 3-50 µm [8,10]. Zawartoœæ w³ókna jest okreœlana w zale noœci od wybranego materia³u matrycy, podczas gdy d³ugoœæ w³ókna jest okreœlana w zale noœci od geometrii wyrobu gotowego. Wynika to z faktu, i wytrzyma³oœæ w³ókna o ma³ej œrednicy jest wiêksza ni w³ókna, którego œrednica przekroczy pewn¹ graniczn¹ wartoœæ. Przekroczenie tej granicznej wartoœci zwiêksza prawdopodobieñstwo pojawienia siê wad powierzchniowych takich jak mikropêkniêcia i uskoki. W³aœciwoœci sprê yste kompozytu PA z w³óknem szklanym nie wykazuj¹ silnej zale noœci od œrednicy w³ókna w granicach 10-17 µm. W tym zakresie zmieniaj¹ siê w sposób znacz¹cy w³aœciwoœci wytrzyma³oœciowe[13]. Je eli d³ugoœæ w³ókien ciêtych bêdzie dostatecznie du a, to otrzymany produkt mo e charakteryzowaæ siê podobn¹ sztywnoœci¹ i wytrzyma³oœci¹, jak w przypadku w³ókien ci¹g³ych, warunek jest tylko jeden, d³ugoœæ w³ókna musi byæ wiêksza od tzw. d³ugoœci krytycznej. Krytyczna d³ugoœæ w³ókna definiowana jest jako minimalna d³ugoœæ (dla danej œrednicy), przy której zniszczenie kompozytu nastêpuje wskutek pêkniêcia rozci¹ganego w³ókna, a nie przez œcinanie na granicy w³ókna i osnowy. Jeœli d³ugoœæ w³ókien jest mniejsza od wartoœci krytycznej, w³ókno wyci¹ga siê z miejsca z powodu si³y napiêcia co powoduje s³abe w³aœciwoœci mechaniczne. Jednak e, jeœli d³ugoœæ w³ókien jest wiêksza ni wartoœæ krytyczna, w³ókna ulegaj¹ uszkodzeniu. W tym przypadku, wytrzyma³oœæ kompozytu staje siê równa wytrzyma³oœci w³ókna. Krytyczn¹ d³ugoœæ w³ókien charakteryzuje wzór: (L C =Fr/ ) gdzie (F) to szybkoœæ si³y rozci¹gaj¹cej; (r) promienia w³ókna a ( ) si³a wi¹zania pomiêdzy tworzywem a w³óknem [8]. Wype³nianie materia³u termoplastycznego w³óknem szklanym nastêpuje na ogó³ we wtryskarce w warunkach wytwarzania i przetwarzania. Podczas otrzymywania granulatu kompozytu, dochodzi do pêkania w³ókien wype³niacza co znane jest jako pierwsze z³amanie, zwiêkszaj¹ce siê z ze wzrostem zawartoœci w³ókien. Wtryskarka jak równie prêdkoœæ œruby, naprê enia œcinaj¹ce i ciœnienia przyczyniaj¹ siê równie do z³amania w³ókien. Ponadto, pêkniêcie w³ókien odbywa siê w trakcie topnienia oraz wtrysku granulek co znane jest jako drugie z³amanie, przy czym d³ugoœci w³ókien s¹ dalej obni ane. Wiadomo równie, e si³a spajaj¹ca pomiêdzy materia³em osnowy i w³óknem jest zwi¹zana ze struktur¹ powierzchni w³ókna. Dodatkowo krystalizacja tworzywa sztucznego na powierzchni w³ókien wp³ywa na si³ê spajaj¹c¹. Warunki wtryskowe i czas trwania ch³odzenia s¹ istotne przy ustalaniu szybkoœci krystalizacji. Krystalizacja w kompozytach wp³ywa na si³ê rozci¹gaj¹c¹ i twardoœæ pozytywnie, a tak e poprawia si³ê po³¹czenia pomiêdzy polimerem a w³óknem [8]. Orientacja w³ókien ma miejsce podczas przep³ywu tworzywa do formy. Przy wysokiej prêdkoœci wtrysku, w³ókna orientowane s¹ równolegle do kierunku przep³ywu na powierzchni, podczas gdy w rdzeniu przekroju poprzecznego produktu, w³ókna skierowane s¹ prostopadle do kierunku przep³ywu. Ponadto, z rosn¹c¹ prêdkoœci¹ wtrysku, gruboœæ warstwy powierzchniowej zwiêksza siê. Przy niskich prêdkoœciach wtrysku, w³ókna s¹ zorientowane w kierunku przep³ywu, ponadto przy niskich prêdkoœciach wtrysku powierzchnie staj¹ siê niemal wolne od w³ókien. Wzmocnione w³óknem szklanym poliamidy s¹ stosowane w przemyœle samochodowym, przez wiele lat ze wzglêdu na wytrzyma³oœæ mechaniczn¹, niska wagê, odpornoœæ na korozjê i ³atwoœæ wytwarzania [14]. Jednak e, ze wzglêdu na znaczne zaniepokojenie nad powstawaniem i usuwaniem odpadów sta³ych, wiele uwagi skupia siê ostatnio na recyklingu wytworzonych ogromnych iloœci odpadów pou ytkowych, w tym wyeksploatowanych samochodów. Opieraj¹c siê na badaniach mo na jednoznacznie stwierdziæ, i w³aœciwoœci materia³ów otrzymanych z dodania regranulatu nie s¹ porównywalne z w³aœciwoœciami oryginalnych materia- ³ów [17-21]. W niektórych opracowaniach dotycz¹cych recyklingu panuje jednak odmienne przekonanie co do w³aœciwoœci i wykorzystania materia³u z recyklingu [22-23]. Ogólnie rzecz ujmuj¹c stosowanie w budowie samochodów materia³ów pochodz¹cych z recyklingu zwi¹zane jest ze spe³nieniem wysokich wymagañ tech-
Wp³yw regranulatu na wybrane w³aœciwoœci fizykochemiczne w mieszaninie poliamidu 6 wzmocnionego w³óknem szklanym 327 nicznych, aby ich jakoœæ nie odbiega³a od materia³ów pierwotnych. Zwolennicy materia³ów z odzysku za przyk³ad stawiaj¹ opracowan¹ przez Mazdê technologiê wykorzystania zderzaków z recyklatu polipropylenu jako surowca do produkcji nowych zderzaków oraz tablicy przyrz¹dów i wykoñczenia kabiny [22]. W Fordzie Focus wiele elementów wnêtrza samochodu i zderzaki, wykonane s¹ z tworzyw zawieraj¹cych od 20% do 100% recyklatu [22]. Renault opracowuje procedury projektowania samochodów maj¹ce na celu zwiêkszenie do 20% wykorzystania w nowych samochodach tworzyw pochodz¹cych z recyklingu [22]. Pochodz¹ce z recyklingu kompozyty poliamidowe z w³óknem szklanym nie znajduj¹ szerokiej akceptacji, jako materia³y konstrukcyjne, co spowodowane jest pêkaniem wzmocnienia w postaci w³ókna szklanego w czasie mielenia i rozk³adem stabilizatorów podczas operacji recyklingu, które mog¹ wp³ywaæ na trwa³oœæ produktu. Ze wzglêdu na niepewnoœæ dotycz¹c¹ ich w³aœciwoœci i wymagañ dotycz¹cych wysokiej niezawodnoœci, tylko ma³e iloœci s¹ obecnie poddawane recyklingowi w zastosowaniach in ynierskich. W przypadku recyklingu poliamidów podstawow¹ trudnoœci¹ jest identyfikacja PA 6 i PA 6.6, ich rozdzielenie oraz oddzielenie poliamidów od innych tworzyw. Natomiast du ¹ zalet¹ poliamidów nie wype³nionych do zastosowañ niekonstrukcyjnych jest to, e po recyklingu praktycznie nie zmieniaj¹ swoich w³aœciwoœci. Dlatego te mog¹ byæ ponownie wykorzystywane do produkcji tych samych wyrobów, na przyk³ad do otrzymywania dywanów mo e byæ stosowany regranulat PA uzyskany z recyklingu starego dywanu [15-16] odnosi siê to jednak do materia³ów, które nie zosta³y poddane wielokrotnemu wtryskowi. 2. CZÊŒÆ DOŒWIADCZALNA Badania mia³y na celu okreœlenie wp³ywu dodatku przemia³u poprodukcyjnego do czystego PA6GF30 na w³aœciwoœci mechaniczne otrzymanych mieszanin. Ocenê zmian zachodz¹cych w strukturze cz¹steczkowej prowadzono poprzez zastosowanie metody spektrofotometrii w podczerwieni FTIR. Wytworzone próbki poddano próbie rozci¹gania i zginania na maszynie wytrzyma³oœciowej Inston oraz udarnoœæ przy zastosowaniu m³ota udarnoœciowego Charpy-Izod. 2.1. Materia³y i przygotowanie próbek Obiektem badañ by³y próbki (beleczki i wiose³ka) wykonane z czystego PA6GF30 oraz regranulatu i mieszanin z regranulatem, wykorzystano powszechnie stosowany w przemyœle: granulat Duretham BKV 30 H2.0., produkt firmy Lanxess Chemical Ltd. Regranulat stanowi¹cy odpad poprodukcyjny otrzymano metod¹ mielenia w m³ynie tn¹cym Niemieckiej firmy Wanner, typ Energy, model 35.40 o wlocie komory tn¹cej 350 400 mm (Rys. 1). Próbki na badania wytrzyma³oœciowe o sk³adach zawartych w tabeli 1, wykonano stosuj¹c technikê wtryskow¹, na wtryskarce ENGEL typ ES 200/40 HLS z termostatem wodnym BOE-THERM typ BT Temp. 14.62 CP. Kszta³tki do badañ przygotowano zgodnie z wytycznymi normy PN-EN ISO 1874-2:2013-05E. Temperatura cylindra i dyszy w czasie wytwarzania próbek wynosi³a 280 C, temperatura termostatu formy 90 C. Ciœnienie 1. 2. Rys. 1. Badane materia³y: 1 PA6GF30; 2 przemia³ odpadu poprodukcyjnego hydrauliczne wtrysku i docisku 90 bar, czas docisku 25 s. Przed wykonaniem próbek oznaczono zawartoœæ wilgoci w granulacie i regranulacie wg PN-EN ISO 15512:2009E, met.b. Zawartoœæ wilgoci w granulacie PA6GF30 mieœci³a siê w granicach 0,015-0,020%, w zwi¹zku z czym nie by³o konieczne dosuszanie materia³u, natomiast w przemiale wynosi³a 0,058-0,081%, st¹d przed wtryskiem by³ on dosuszany. Próbki i mieszaniny wykonano w zak³adach Azotowych w Tarnowie Moœcicach. Regranulat mia³ postaæ ziaren o nieregularnym kszta³cie i du ym rozrzucie wymiarowym (od drobnego py³u po ziarna o wymiarach siêgaj¹cych 8 mm) dlatego te przed suszeniem i wtryskiem zosta³ rozdrobniony. Tabela 1. Sk³ady badanych materia³ów Oznaczenie 1 PA6 GF30 100% 2 Regranulat 100% Sk³ad mieszanin 3 PA6 GF30 + 10% regranulatu 4 PA6 GF30 + 15% regranulatu 5 PA6 GF30+ 20% regranulatu 6 PA6 GF30+ 30% regranulatu 7 PA6 GF30+ 40% regranulatu 8 PA6 GF30+ 50% regranulatu
328 Anna BRZOZOWSKA-STANUCH, Stanis³aw RABIEJ, Marek MAŒLANKA, Marian SUCHOÑ 2.2 Metody badawcze Ocenê zmian zachodz¹cych w strukturze cz¹steczkowej prowadzono metod¹ spektroskopii w podczerwieni stosuj¹c spektrofotometr FTIR firmy Nicolet 6700, oraz przystawkê ATR do szybkiej analizy cia³ sta³ych, wyposa- on¹ w kryszta³ diamentowy z wysokociœnieniowym urz¹dzeniem dociskowym. Zmiany w³asnoœci mechanicznych próbek: wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie R m,modu³ Younga E r, wyd³u enie wzglêdne AB wg PN-EN ISO 527-2:2012E, wytrzyma³oœæ na zginanie wg PN-EN ISO 178:2011E wykonano na maszynie wytrzyma³oœciowej Instron 4467. Badania udarnoœci wykonano na m³ocie udarowym typu Charpy-Izod wg normy PN-EN ISO 179-1:2010. W próbkach wyjœciowych tzn. PA6 GF30 oraz w regranulacie oznaczono œredni ciê ar cz¹steczkowy na chromatografie elowym GPC max VE2001 firmy Viscotek wyposa onym w detektor RI VE3580 firmy Viscotek oraz kolumny chromatograficzne PL HFIPgel, 605 E901506 oraz HFIP 603 E910606. Dla tych samych próbek oznaczono tak e wskaÿniki szybkoœci p³yniêcia MFI na plastometrze Zwick / Roell BMF-001 i Zwick 4106-100. 3. REZULTATY I DYSKUSJA %T 95 90 85 80 75 70 65 60 55 3500 3000 2500 2000 Liczby falowe (cm-1) Rys. 2. Spektrogramy badanych mieszanin oraz materia³ów wyjœciowych Rys. 2 pokazuje zestawienie widm FTIR wszystkich badanych próbek o sk³adach ze zwiêkszaj¹cym siê udzia- ³em przemia³u. Jak widaæ, nawet po dodaniu 50% przemia³u nie zachodzi odczuwalna ró nica pomiêdzy spektrogramami, z wyj¹tkiem intensywnoœci widma, na któr¹ wp³yw ma gruboœæ próbki. Tak wiêc otrzymane wyniki wyraÿnie wskazuj¹, i struktura cz¹steczkowa polimeru bazowego nie ulega zmianie po dodaniu kolejnych iloœci przemia³u poprodukcyjnego. W przypadku PA6, spektrofotometria w podczerwieni FTIR daje mo liwoœæ obserwacji w widmie absorpcyjnym fazy krystalicznej, której odpowiada pasmo w zakresie 930-940 cm -1 ; im wiêksza zawartoœæ fazy krystalicznej tym wiêksza absorpcja w tym przedziale d³ugoœci fali. We wspomnianym zakresie falowym widaæ ró nice w wielkoœci absorbancji, co mo e sugerowaæ na wystêpowanie ró nych stopni krystalicznoœci badanych próbek. Taki stan rzeczy w przypadku badanych próbek wynika z faktu, i w dodawanym przemiale pewne iloœci w³ókna szklanego o ma³ych rozmiarach mog³y dzia³aæ jak zarodki nukleacji zwiêkszaj¹c stopieñ krystalicznoœci. Najczêœciej stosowan¹ metod¹ badawcz¹ wykorzystywan¹ do okreœlenia obecnoœci regranulatu w materia- ³ach jest chromatografia elowa GPC. W odró nieniu od innych rodzajów chromatografii, w chromatografii elowej rozdziela siê substancje prawie wy³¹cznie wg rozmiarów ich cz¹steczek w roztworze. W przypadku polimerów œrednie ciê ary cz¹steczkowe, s¹ œredni¹ mas¹ cz¹steczkow¹ (liczbow¹ lub wagow¹). Z ciê arem cz¹steczkowym polimeru bezpoœrednio zwi¹zane jest pojêcie stopnia polimeryzacji, tj. niemianowanej liczby wskazuj¹cej ile razy dany element podstawowy (mer) powtarza siê w ugrupowaniu zwi¹zku wielkocz¹steczkowego. Ciê ar cz¹steczkowy polimeru wp³ywa na jego w³aœciwoœci. T¹ metod¹ oznaczono dla dwóch próbek (PA5GF30 i regranulatu) œredni liczbowy ciê ar cz¹steczkowy M n ; œredni wagowy ciê ar cz¹steczkowy M w, w celu porównania materia³ów. Im bardziej niejednorodny jest polimer pod wzglêdem wielkoœci cz¹steczek, tym bardziej ró ni¹ siê od siebie wartoœci poszczególnych œrednich ciê arów cz¹steczkowych. Miar¹ polidyspersyjnoœci polimeru jest stosunek œredniego wagowego do œredniego liczbowego ciê aru cz¹steczkowego M w /M n. Im stosunek ten jest bli - szy jednoœci, tym makrocz¹steczki polimeru mniej ró ni¹ siê miêdzy sob¹ ciê arem cz¹steczkowym. Badaniu poddano czysty materia³ PA6GF30 oraz 100% regranulat w celu sprawdzenia w³aœciwoœci przemia³u poprodukcyjnego. Otrzymane wyniki wskazuj¹, i wiêksz¹ iloœæ cz¹steczek o krótszych ³añcuchach posiada materia³ nie poddany odzyskowi (tabela 2). Miar¹ lepkoœci polimeru (a wiec równie œredniego ciê aru cz¹steczkowego) w stanie stopionym jest wskaÿnik szybkoœci p³yniêcia (ang. MFI). Pomiary masowego (MFR), objêtoœciowego (MVR) wskaÿnika p³yniêcia a tak e GPC zosta³y przeprowadzone w celu okreœlenia czy nast¹pi³o pêkanie ³añcuchów polimerowych w wyniku przerobu materia³u przemia³u. 1500 1000 Tabela 2. Wyniki badañ w³aœciwoœci reologicznych Próbka Objêtoœciowy wskaÿnik szybkoœci p³yniêcia MVR [cm 3 / 10 min] Masowy wskaÿnik szybkoœci p³yniêcia MVR [g/ 10 min] Wzglêdna masa cz¹steczkowa [Daltony] M n M w M w /M n PA6GF30 25,1 29,7 6387 31353 4.91 regranulat 34,6 40,9 7182 39420 5.49
Wp³yw regranulatu na wybrane w³aœciwoœci fizykochemiczne w mieszaninie poliamidu 6 wzmocnionego w³óknem szklanym 329 Tabela 3. Wyniki badañ mechanicznych badanych próbek Próbki badawcze Wytrzyma³oœæ na zginanie Modu³ sprê ystoœci przy zginaniu Odkszta³cenie przy pêkniêciu [%] Wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie Wyd³u enie przy rozci¹ganiu [%] Modu³ Younga 1 257 8 335 4,8 191 4,7 10 127,1 2 235 7 472 5,2 164,6 4,5 9 098,2 3 254 8 222 4,8 185,5 4,6 10 075,2 4 255 8 191 4,8 184,1 4,6 9 962,0 5 252 8 182 4,8 183,1 4,6 9 858,5 6 245 7 963 4,9 176,3 4,5 9 847,2 7 245 7 922 4,9 174,6 4,5 9 668,2 8 243 7 829 4,9 172 4,5 9 381,9 Wyjœciowy PA6GF30 charakteryzowa³ siê ni szym wskaÿnikiem szybkoœci p³yniêcia ni materia³ pochodz¹cy z przemia³u (tabela 2), co potwierdza wyniki otrzymane z GPC i œwiadczy o wiêkszej iloœci oligomerów zawartych w regranulacie. Wyniki badañ wytrzyma³oœciowych próbek zawarto w tabeli 3. Otrzymane wartoœci œwiadcz¹, i dodatek przemia³u wp³ywa na w³aœciwoœci mechaniczne materia- ³u wywo³uj¹c jego pogorszenie. w granicach od 10-50% mo na stwierdziæ, i przy niewielkim dodatku regranulatu, parametry wytrzyma³oœciowe nie obni aj¹ siê w stopniu drastycznym w stosunku do bazowego materia³u pierwotnego. Taki stan rzeczy pozwala stwierdziæ, i mo liwe jest wykorzystanie przemia³u poprodukcyjnego i mieszanie go z tworzywem pierwotnym w stosunku do produkcji czêœci, którym nie stawia siê wysokich wymagañ co do wytrzyma³oœci. Wa n¹ role odgrywa rodzaj dodanego regranulatu, a tak- e sposób jego przygotowania jak równie metoda wprowadzenia do materia³u nowego. Otrzymane wyniki wskazuj¹ obni enie udarnoœci materia³u z regranulatem jak równie obni enie wytrzyma³oœci na zginanie co wi¹ e siê ze zmniejszeniem d³ugoœci w³ókna szklanego poprzez proces mielenia jak równie niejednorodnoœæ d³ugoœci poszczególnych w³ókien. Podziêkowanie: Badania wykonano dziêki uprzejmoœci firmy HUF POLSKA. Bibliografia Rys. 3. Wykres obrazuj¹cy zmiany udarnoœci próbek PA6GF30 w zale - noœci od sk³adu iloœciowego regranulatu w tworzywie Badanie udarnoœci zgodnie z przewidywaniem da³o najlepsze wyniki dla PA6GF30 bez dodatku regranulatu (badane próbki nie uleg³y pêkniêciu), próbki z samego przemia³u jak równie z jego ró nymi zawartoœciami ulega³y ³atwemu ³amaniu (Rys. 3). 4. WNIOSKI I PODSUMOWANIE Zamierzeniem przeprowadzonych badañ by³o zbadanie wp³ywu dodatku przemia³u poprodukcyjnego do materia³u bazowego. Otrzymane wyniki badañ pozwoli- ³y na stwierdzenie, e dodatek regranulatu do PA6GF30 powoduje zmiany w³aœciwoœci mechanicznych i s¹ one uzale nione od iloœci dodanego regranulatu. Weryfikuj¹c poszczególne wyniki dla próbek o zawartoœci przemia³u 1. www.plasticseurope.pl 2. Akay M., Barkley D., Journal of Material Science 1991, 26, s. 2731-42. 3. Horst J.J., Spoormaker J.L. Journal of Material Science (1997), 32, s. 3641-51. 4. Mlekuschi B., Composite Enginnering 1999, 7, s. 448-57. 5. Moriwaki T. Composite Enginnering 1997, 5, s. 225-31. 6. Sato N., Kurauchi T., Sato S., Kamigaito S., Journal of Material Science 1984, 19, s. 1145-52. 7. Takeda N., Song D.Y., Nakatal K. Aced Composites Mater. 1996, 5, s. 201-12. 8. Fokes MJ. Short fibre reinforced thermoplastics. New York: Wiley; 1982. 9. Rosato DV. Injection molding handbook. 2nd ed. Boston/London: Kluwer Academic Publishers; 1999. 10. Lee SC, Yang DY, Ko J, Youn JR. J Mater Process Technol 1997; 70, s. 83 92. 11. Sahin Y. Introduction of composite materials. Ankara: Gazi Book Publishing; 2000. 12. Ghosh T., Grmela M., Carreau P., J. Polym Composite 1995; 16(2), s. 144 53.
330 Anna BRZOZOWSKA-STANUCH, Stanis³aw RABIEJ, Marek MAŒLANKA, Marian SUCHOÑ 13. Thomas J.L., Composites Science ad Technology, 1999 (59), s. 2315-2328. 14. Eriksson P.A., Albertsson A.C., Boydell P., Manson J.A.E., POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE, FEBRUARY I S M, Vd. 38, No. 2 348-356. 15. Pielichowski J. Puszyñski A.: Technologia tworzyw sztucznych, WNT, Warszawa 2003, Wyd. VI. 16. Kijeñski J., B³êdzki A.K., Jeziórska R.: Odzysk i recykling materia³ów polimerowych, PWN 2011. 17. Kapciñska D., Goœciañski M., Journal of research and Applications in Agricultural Engineering 2007, 52 (2), s. 39-42. 18. Kuan-Hua S., Jia-Horng L., Chih-Ching L., J. Mater. Proc.Tech. 2007, 192-193, s. 532-538. 19. Kelar K, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, 2007, vol 27 nr 1, s.179-188. 20. La Mantia F.P., Curto D., Scaffaro R., Journal of Apply Polym Science, 2002, 86, s. 1899-1903. 21. Maspoch M.L., Ferrando H.E., Velasco J.I., Macromol.Symp. 2003, 194, s. 295-303. 22. Morwa K.: Projektowanie samochodów dla recyklingu. Recykling 9 (129), 2011.