Radia�n� sie�ovanie - met�da zlep�ovania vlastnost� polym�rov, 2. �as�

3. Výsledky a diskuze

Byl stanoven obsah gelové fáze a zkoumány mechanické a tepelné vlastnosti polymer� (TPE-E, LDPE, HDPE) p�ed oza�ováním a po n�m. K usnadn�ní vyhodnocení dat a pro porovnávání ozá�ených polymer� s neozá�enými byly v n�kterých p�ípadech pou�ity bezrozm�rné veli�iny. Vlastnosti neozá�ených polymer� mají bezrozm�rnou hodnotu „1“ a ostatní veli�iny jsou vyjád�eny formou pom�ru hodnoty zm��ené u ozá�eného polymeru k hodnot� té�e vlastnosti neozá�eného polymeru.

3.1 Obsah gelové faze ve struktu�e ozá�ených polymer�

Výsledky m��ení obsahu gelové fáze v TPE-E po p�sobení r�zných dávek zá�ení zobrazuje obr. 4. Maxima obsahu gelu (86,3%) bylo dosa�eno p�i dávce 198 kGy. P�i ni�ších dávkách byl u LDPE a HDPE zjišt�ný nulový obsah gelové fáze (obr. 5, 6). I p�es tyto výsledky prokázaly tahové zkoušky trend výrazného zlepšení u� p�i t�chto nízkých dávkách. To lze vysv�tlit tvorbou mikrogel�, které vytvá�ejí elasticky aktivní zesí�ované �et�zce, které mohou p�enášet tahové nap�tí.

P�i zjiš�ování obsahu gelu ovšem tyto mikro�ástice projdou filtrem spole�n� s rozpustnými slo�kami. P�esnost m��ení obsahu gelu závisí na propustnosti pou�itého filtru. Maxima obsahu gelu obou polyolefin� bylo dosa�eno p�i dávce 198 kGy. Tato hodnota byla 67,3% v p�ípad� LDPE a 65,3% v p�ípad� HDPE.

obr. 4: Obsahu gelové fáze v TPE-E

obr. 5: Graf obsahu gelu v LD-PE po ozá�ení

obr. 6: Obsahu gelové fáze v HDPE

3.2 Mechanické vlastnosti

Vliv r�zných dávek ioniza�ního zá�ení na mechanické vlastnosti byl zjiš�ován tahovou zkouškou. Krípové vlastnosti zkoušených polymer� byly stanoveny p�i pokojové teplot� (23 °C) a p�i zvýšené teplot� (80 °C a 100 °C).

3.2.1. Tahová zkouška

Výsledky zkoušky pevnosti v tahu (σ_M) závisí p�evá�n� na mno�ství obsahu vniklého gelu, na po�tu vazebních molekul a na celkové morfologii krystal�.

Jak je patrné z obr. 7 mez pevnosti v tahu TPE-E po ozá�ení dávkou 66 kGy vzrostla o více ne� 35%. P�i vyšší dávce ne� 66 kGy však pevnost v tahu klesá. Nad 132 kGy hodnota meze pevnosti v tahu osciluje okolo hodnoty neozá�ených zkušebních vzork� TPE-E. Naopak obsah gelu dál roste s velikostí oza�ovací dávky.

Modul 100 (nap�tí p�sobící p�i 100% prodlou�ení zkušebního vzorku) postupn� roste se zv�tšující se dávkou ozá�ení. Modul 100 je p�i dávce 198 kGy o více ne� 50% vyšší ne� u neozá�ených zkušebních vzork� (obr. 7).

obr. 7:  Porovnání zm�ny modulu pru�nosti E100 a meze pevnosti v tahu σM TPE-E p�i 23°C

Pom�rné prodlou�ení p�i mezi pevnosti v tahu TPE-E kontinuáln� klesá s rostoucími dávkami ozá�ení. P�i nejvyšší aplikované dávce 198 kGy z�stává pom�rné prodlou�ení jen na 25% hodnoty u neozá�ených vzork�. Následkem ozá�ení významn� klesla pru�nost TPE-E.

obr. 8: Porovnání pom�rného prodlou�ení TPE-E p�i p�etr�ení p�i teplot� 23 °C

Porovnání pevnosti v tahu a modulu pru�nosti E (p�i 23 °C) u vysokohustotního polyetylenu (HDPE) a nízkohustotního polyetylenu (LDPE) p�ed ozá�ením a po n�m je znázorn�no na obr. 9, 10, 14 a 15. Je evidentní, �e sí�ování zvyšuje pevnost v tahu σ_M a modul pru�nosti E u obou typ� polyetylen�. P�i pokojové teplot� se u obou ozá�ených typ� polyetylen� zvýšila hodnota pevnosti v tahu o cca 10% u LDPE a 5% u HDPE v porovnání s neozá�eným polyetylenem. Ovšem jak je z�ejmé z obr. 9, nejvyšší hodnoty dávek zá�ení neznamenají v�dy nejvyšší hodnoty pevnosti v tahu.

P�i vyšších teplotách okolo 100 °C je pozitivní ú�inek ioniza�ního zá�ení na mez pevnosti v tahu mnohem vyšší. U LDPE je mez pevnosti v tahu po ozá�ení 198 kGy tém�� o 60% vyšší v porovnání s neoza�eným materiálem (obr. 9), zatímco HDPE vykazuje jen 10 % nár�st (obr. 14).

obr. 9: Porovnání zm�ny meze pevnosti v tahu σM LDPE p�i teplotách 23 °C a 100 °C

P�i pokojové teplot� má ozá�ení pozitivní ú�inek na modul pru�nosti E u obou typ� polyetylen�: Po ozá�ení je modul pru�nosti E vyšší o 30 - 35% u LDPE (obr. 10) a o 35 % u HDPE (obr. 15). Naproti tomu p�i 100 °C modul pru�nosti E nevykazuje významné zvýšení u obou typ� polyetylen�.

obr. 10: Porovnání zm�ny modulu pru�nosti E pro LDPE p�i teplotách 23 °C a 100 °C

Obr. 11 zobrazuje závislost modulu pru�nosti ozá�ených a neozá�ených LDPE v rozsahu teplot od pokojové teploty 23 °C a� po zvýšenou teplotu 100°C. Modul pru�nosti LDPE neozá�ených i ozá�ených (132 kGy) zkušebních t�les s rostoucí teplotou klesá exponenciáln�. Naproti tomu mez pevnosti v tahu (obr. 12) klesá s rostoucí teplotou lineárn�. Také je nutno poznamenat, �e polymery ozá�ené dávkou 132 kGy vykazovaly u všech zkušebních t�les vyšší pevnost v tahu oproti zkušebním t�les�m neozá�eným.

obr. 11: Porovnání modulu pru�nosti E pro LDPE p�i r�zných teplotách

obr. 12: Porovnání meze pevnosti v tahu σM LDPE p�i r�zných teplotách

obr. 13: Porovnání pom�rného prodlou�ení LDPE p�i mezi pevnosti v tahu ɛσM p�i r�zných teplotách

Zatímco zm�ny modulu pru�nosti a meze pevnosti v tahu LDPE p�ed a po ozá�ení vykazovaly podobnou charakteristiku, zm�ny pom�rného prodlou�ení p�i pevnosti v tahu byly velmi r�zné  (obr. 13). Pom�rné prodlou�ení neozá�ených zkušebních t�les LDPE rostlo z hodnoty 67,6% p�i pokojové teplot� a� na hodnotu 74,1% p�i 40 °C a pak klesalo na hodnotu 54,8% p�i maximální teplot� 100 °C. Naproti tomu pom�rné prodlou�ení ozá�ených LDPE rostlo v intervalu teplot m��ení z hodnoty 70,9% a� na hodnotu 91,2%.

obr. 14: Porovnání zm�ny meze pevnosti v tahu σM HDPE p�i 23 °C a 100 °C

obr. 15: Porovnání zm�ny modulu pru�nosti E pro HDPE p�i teplotách 23 °C a 100 °C

Modul pru�nosti HDPE neozá�ených a ozá�ených zkušebních t�les dávkou 132 kGy klesal exponenciáln� s rostoucí teplotou. V p�ípad� neozá�ených klesal modul pru�nosti E z hodnoty 873,1 MPa p�i pokojové teplot� a� na hodnotu 70,9 MPa p�i 120 °C. Neozá�ené zkušební t�lesa nebylo mo�no m��it p�i 130 °C (obr. 16), zatímco u ozá�ených zkušebních t�les byl zm��ený modul pru�nosti E 45,8 MPa p�i 130 °C.

obr. 16: Porovnání modulu pru�nosti E pro HDPE p�i r�zných teplotách

Mez pevnosti v tahu HDPE neozá�ených a ozá�ených zkušebních t�les dávkou 132 kGy klesala exponenciáln� s rostoucí teplotou. V p�ípad� neozá�ených zkušebních t�les klesla od po�áte�ní hodnoty 22,5 MPa p�i pokojové teplot� a� na hodnotu 5,52 MPa p�i 120 °C. Neozá�ené zkušební zkušební t�lesa nebylo mo�no m��it p�i 130 °C (obr. 17), zatímco u ozá�ených zkušebních t�les byla zm��ená mez pevnosti v tahu 4,81 MPa p�i 130 °C.

obr. 17: Porovnání meze pevnosti v tahu σM HDPE p�i r�zných teplotách

Z obr. 18 je patrné, �e pom�rné prodlou�ení p�i mezi pevnosti v tahu Ɛ_σM [%] roste s rostoucí teplotou jak u ozá�ených tak i neozá�ených zkušebních t�les HDPE, p�i�em� neozá�ené vykazují vyšší hodnoty p�i ni�ších teplotách. Zm�na nastane p�i teplot� okolo 80 °C, za kterou ozá�ené zkušební t�lesa HDPE dosahují vyšších hodnot pom�rné prodlou�ení p�i mezi pevnosti v tahu.

Maximální pom�rné prodlou�ení u neozá�ených zkušebních t�les HDPE bylo 44,5% p�i 110 °C. U ozá�ených zkušebních t�les dosáhli hodnoty pom�rného prodlou�ení 50,4% p�i 120 °C. Pak pom�rné prodlou�ení p�i mezi pevnosti v tahu obou typ� (ozá�ené i neozá�ené) klesala. Je zajímavé, �e nad 120 °C si hodnotu pom�rného prodlou�ení zachovaly jen ozá�ené zkušební t�lesa, zatímco neozá�ené zkušební t�lesa nevyhov�ly.

obr. 18: Porovnání pom�rného prodlou�ení HDPE p�i mezi pevnosti v tahu ɛσM p�i r�zných teplotách

• pokra�ování �lánku bude zve�ejn�no 02.03.2015

1. �ást »

3. �ást »

Formulá� White paper - Radia�ní sítování: Od plastu k vysoce odolnému materiálu

AUTORI: Ing. Michal Dan�k, Ph.D.¹, Dr. Andreas Ostrowicki¹, Ing. Zden�k Holík, Ph.D.², doc. Ing. Miroslav Ma�as CSc.³, Ing. Aleš Mizera⁴, Ing. Martin �ezní�ek⁴

¹BGS Beta-Gamma-Service GmbH & Co. KG., Fritz-Kotz-Strasse 16, Wiehl, D-51674, N�mecko, 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, �eské Bud�jovice, CZ-370 04, �eská Republika, E-mail: zdenek.holik@cz.bosch.com, Tel: +420-380 403 354

³Univerzita Tomáše Bati ve Zlín�, Fakulta Aplikované informatiky, V�deckotechnický park ICT, Nad Strán�mi 5656, Zlín 5, CZ-760 05, �eská Republika, E-mail: manas@fai.utb.cz, Tel.: +420-57603-5631

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

www.bgs.eu
Kontakty »