Het smeltpunt van kunststoffen verwijst naar het temperatuurbereik waarbij kunststoffen overgaan van een vaste naar een vloeibare vloeibare toestand. Op dit punt worden kunststoffen zacht en buigzaam, waardoor ze geschikt zijn voor verschillende vorm- en gietprocessen.
Thermoplasten vs. thermoharders
Kunststoffen kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdtypen: thermoplasticsen thermosets.
Thermoplasten worden zacht bij verwarmen en worden hard bij afkoelen, een omkeerbaar proces dat herhaaldelijk verwarmen en afkoelen mogelijk maakt zonder dat de eigenschappen van het materiaal veranderen.
Thermosets daarentegen ondergaan een chemische reactie bij de eerste verhitting, wat resulteert in een permanente, niet smeltende netwerkstructuur. Zelfs bij verdere verhitting worden ze niet zacht.
In onze volgende discussies over smeltpunten zullen de kunststoffen die we noemen dus allemaal thermoplasten zijn.
Belangrijk voor spuitgieten, extrusie en vorming
Het proces van het zachter maken en smelten van kunststoffen is cruciaal bij het verwerken van kunststoffen.
- Tijdens spuitgieten, De nauwkeurige regeling van de smelttemperatuur zorgt ervoor dat de kunststof de mal volledig inneemt en de gewenste vorm krijgt.
- De extrusie Het proces maakt gebruik van de vloeibaarheid van verwarmde kunststoffen om buizen en profielen te produceren met behulp van specifieke mallen.
- De vorming van films of vellen hangt ook af van het vermogen van de kunststof om plastisch te vervormen bij de juiste temperaturen.
Daarom is het voor ontwerpers en verwerkers van vitaal belang om de werktemperatuur en optimale verwerkingstemperatuur van kunststoffen te begrijpen om de productkwaliteit te controleren en te voldoen aan de eisen van de toepassing.
Smelteigenschappen van kunststoffen
Kristallijne vs. Amorfe materialen
Materialen in de natuur worden onderverdeeld inkristallijnen amorf.
Kristallijne materialen hebben ordelijk gerangschikte moleculen of atomen en hebben vaste smeltpunten. Water smelt bijvoorbeeld bij 0°C, zout (NaCl) bij 801°C en tin bij 231,9°C.
Anderzijds hebben amorfe materialen, zoals glas, rubber, kunststoffen, asfalt, hars en paraffine, moleculen of atomen die ongeordend zijn gerangschikt en geen vast smeltpunt hebben. Bij verhitting worden ze meestal zacht (rubberachtige toestand) voordat ze vloeibaar worden (viskeuze vloeistoestand), waarbij ze een bepaald temperatuurbereik overbruggen in plaats van op een specifiek punt te smelten.
Soorten kunststoffen: Amorf en kristallijn
Amorfe kunststoffen:
Onder typische verwerkingsomstandigheden hebben deze kunststoffen geen kristallijne gebieden en zijn ze volledig amorf. Voorbeelden zijn polycarbonaat, ABS, PMMA, ASA, PPSU, enz. Hun smeltgedrag komt overeen met dat van typische amorfe materialen.
Kristallijne kunststoffen:
Veel kunststoffen hebben de neiging om te kristalliseren als ze afkoelen en stollen, zoals polyethyleen (PE), polypropyleen (PP), polyoxymethyleen (POM), polyamide (PA6 en PA66), PET en PBT.
Ze kristalliseren echter alleen in bepaalde gebieden, waarbij materialen met een kristalliniteit hoger dan 80% worden geclassificeerd als kristallijne kunststoffen en de rest als semi-kristallijn.
De mate van kristalliniteit wordt sterk beïnvloed door het afkoelproces; langzaam afkoelen binnen het kristallisatietemperatuurbereik kan de kristalliniteit verhogen, terwijl snel afkoelen het tegenovergestelde effect heeft.
Dus het smeltproces van deze kristallijne kunststoffen lijkt gedeeltelijk op dat van kristallijne materialen, maar bevat ook kenmerken van amorfe materialen.
De drie toestanden en vier belangrijkste temperaturen van kunststoffen tijdens het verhitten
Laten we eens kijken naar de drie toestanden die kunststoffen ondergaan tijdens verhitting: de glaastoestand, de hoogelastische (rubberachtige) toestand, en de viskeuze vloeistoestand, en de vier belangrijkste temperaturen die hiermee samenhangen: de glasovergangstemperatuur, smelttemperatuur, vloeitemperatuur, ende ontbindingstemperatuur.
De glazige staat
De eerste toestand is de glassy-toestand, waarin kunststoffen bij kamertemperatuur of lage temperaturen zijn. In deze toestand wordt de beweging van kunststofmoleculen sterk beperkt, waardoor het materiaal stijf en bros wordt. Dit gebeurt omdat de temperatuur lager is dan de glasovergangstemperatuur (Tg), waarbij de intermoleculaire krachten groter zijn dan de thermische energie, waardoor vrije moleculaire beweging wordt voorkomen.
Glasovergangstemperatuur (Tg) en hoogelastische (rubberachtige) toestand
Er treedt een belangrijke fysieke verandering op wanneer kunststoffen worden verwarmd tot de glasovergangstemperatuur. Tg markeert het begin van de overgang van een harde en brosse toestand naar een zachte toestand, waarbij de exacte temperatuur afhangt van het type kunststof en de moleculaire structuur.
Polyoxymethyleen (POM) heeft bijvoorbeeld een Tg van ongeveer 85°C, terwijl polycarbonaat (PC) een hogere Tg heeft, meestal rond de 145°C.
Boven Tg krijgen polymeerketens meer energie en beginnen ze vrijer te bewegen, maar ze blijven in een willekeurig ongeordende toestand. Als de temperatuur blijft stijgen, komen kunststoffen in de hoog-elastische toestand, ook bekend als derubbertoestand. In deze toestand vertonen kunststoffen aanzienlijke elasticiteit en flexibiliteit. De beweging tussen polymeerketens neemt toe, maar er is nog steeds enige mate van intermoleculaire interactie. Kunststoffen in deze toestand kunnen aanzienlijke vervorming ondergaan zonder te breken, ideaal voor veel rubberproducten en flexibele kunststof artikelen.
Stromingstemperatuur (Tf) en viskeuze stromingstoestand
Ten slotte, als de temperatuur verder stijgt tot de stroomtemperatuur (Tf), gaan kunststoffen over in de viskeuze stromingstoestand. In deze toestand worden kunststoffen vloeibaarder, vergelijkbaar met een viskeuze vloeistof. In deze viskeuze vloeistoestand kunnen kunststoffen geëxtrudeerd, geïnjecteerd of samengeperst worden. Dit is de belangrijkste fase van kunststofverwerking, zoals spuitgieten dat in deze toestand gebeurt.
Tijdens het doorspoelen van het vat kan de gesmolten toestand van de kunststof duidelijk worden waargenomen.
Decompositietemperatuur (Td)
De laatste belangrijke fase in het verhitten van kunststoffen is de decompositietemperatuur (Td). Dit is het punt waarop kunststoffen beginnen chemisch te ontbinden en hun oorspronkelijke fysische en chemische eigenschappen verliezen. Bij het bereiken of overschrijden van de decompositietemperatuur beginnen kunststoffenaf te breken in kleinere moleculen, waarbij mogelijk gassen en andere afbraakproducten vrijkomen. Daarom is het essentieel om het overschrijden van de ontbindingstemperatuur tijdens de verwerking te vermijden om schade aan het materiaal en het mogelijk vrijkomen van schadelijke stoffen te voorkomen.
Opmerking:
- : Amorf gebied
- : Semikristallijn gebied
Tip: De smelttemperatuur (Tm), ook wel bekend als de vloeitemperatuur (Tf)
Het is belangrijk om te weten dat de smelttemperatuur van kunststoffen geen vast punt is, maar een bereik. Binnen dit bereik gaat de fysische toestand van kunststof over van de hoogelastische toestand naar de viskeuze vloeistoestand. Het smelttemperatuurbereik voor Polypropyleen (PP) ligt bijvoorbeeld tussen 160°C en 175°C, terwijl het voor polyethyleen (PE) tussen 125°C en 137°C ligt. De breedte van dit bereik hangt af van het specifieke type kunststof en de complexiteit van de moleculaire structuur.
Smelttemperaturen van gewone kunststoffen
Hier hebben we de smelttemperaturen, spuitgiettemperaturen en ontledingstemperaturen van enkele veelvoorkomende kunststofmaterialen opgesomd. Het is belangrijk op te merken dat de spuitgiettemperatuur meestal hoger is dan de smelttemperatuur om een goede vloeibaarheid van de kunststof tijdens de verwerking te garanderen.
Omdat er veel soorten gemodificeerde kunststoffen zijn en hun eigenschappen erg verschillen, is het onmogelijk om te veel materialen in deze tabel op te sommen. De temperatuureigenschappen van nylon met toegevoegde glasvezels verschillen bijvoorbeeld aanzienlijk van die van nylon zonder glasvezels. In de praktijk is het gemakkelijk om de eigenschappen van een materiaal te verkrijgen bij de aankoop van plastic materialen. Daarom is deze tabel alleen bedoeld als een handige referentie.
Smelttemperaturen van gewone kunststoffen
| Materiaalnaam | Smelttemperatuur (°C) | Spuitgiettemperatuur (°C) | Decompositietemperatuur (°C) |
|---|---|---|---|
| ABS | 170-190 | 200-240 | 280 |
| PP (polypropyleen) | 160-175 | 190-290 | 320 |
| POM (polyoxymethyleen) | 165-175 | 190-230 | 280 |
| PC (polycarbonaat) | 225-250 | 270-320 | 360 |
| PBT | 225-235 | 220-270 | 280 |
| PA6 (Nylon 6) | 215-221 | 260-300 | 320 |
| PA66 (Nylon 66) | 260-265 | 270-310 | 360 |
| PMMA (Acryl) | 160-180 | 220-250 | 270 |
| LDPE (polyethyleen met lage dichtheid) | 110-130 | 150-230 | 300 |
| HDPE (polyethyleen met hoge dichtheid) | 125-137 | 160-280 | 300 |
| PEEK (polyether ether keton) | 315-353 | 360-400 | 520 |
Deze tabel geeft een overzicht van de smelt-, spuitgiet- en ontledingstemperaturen van verschillende veelgebruikte kunststoffen.
Conclusie
Samenvattend: inzicht in de smelt-, spuitgiet- en ontledingstemperaturen van kunststoffen is essentieel op het gebied van materiaalwetenschap en productie. Deze temperaturen sturen niet alleen de verwerking en toepassing van kunststoffen, maar zorgen ook voor de veiligheid en kwaliteit van de eindproducten.
Naarmate de industrie zich ontwikkelt met nieuwe materialen en technologieën, blijven onderzoek en kennis op dit gebied van cruciaal belang. Of het nu gaat om industriële toepassingen of dagelijks gebruik, de veelzijdige aard van kunststoffen blijft de moderne wereld vormgeven.
