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

Význam tématu

Polykarbonát/ABS (PC/ABS) je plast široce využívaný v automobilovém, elektronickém a spotřebním průmyslu díky kombinaci vysoké odolnosti proti nárazu, tepelně tvarovatelnosti a snadné povrchové úpravě.
Správné řízení poměru komponent při vstřikování zajišťuje požadované mechanické a optické vlastnosti výsledného výrobku, přičemž rozdíly mezi množstvím materiálu přidaného do stroje a skutečným poměrem v hotovém dílu mohou ovlivnit kvalitu a výkon.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo multifaktoriálně vyhodnotit vliv vstupního poměru PC a ABS na fyzikálně-chemické vlastnosti pěti vzorků s kompozicemi 0:100, 25:75, 50:50, 75:25 a 100:0.
Hodnocení spočívalo v analýze žloutnutí, tvrdosti, mechanických parametrů, termických přechodů, složení i mikroskopické distribuce fází a ověření možnosti zpětného stanovení kompozice neznámých vzorků.

Použitá metodika a instrumentace

Pro přípravu vzorků bylo provedeno mísení na vrstvářském stroji a následné vstřikování při teplotách 220–290 °C.
Následná měření zahrnovala:

• UV-VIS spektroskopii (380–780 nm) s integrovanou kulovou komorou pro stanovení žloutnutí.
• Dynamický mikrotvrdostní test (load-unload test, Berkovicův indenter, 500 mN) pro určení indentní tvrdosti.
• Průtažný test (1 mm/min, TRViewX extensometr) pro zjištění pevnosti v tahu, modulu pružnosti a prodloužení při přetržení.
• Diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC, 20 °C/min, dusík) ke stanovení skleněných přechodů Tg1: ABS a Tg2: PC.
• FTIR spektroskopii (400–4000 cm⁻¹, 4 cm⁻¹, 40 akumulací) pro kvantifikaci poměru PC a ABS podle intenzity vrcholu C=O při 1770 cm⁻¹.
• SPM/AFM nano-třídimenzionální mapování povrchové tvrdosti pro zobrazení distribuce fází.

Hlavní výsledky a diskuse

Žloutnutí vzorků se zvyšovalo s vyšším podílem ABS, přičemž index žloutnutí vykazoval lineární závislost na složení.
Indentní tvrdost rostla do poměru PC/ABS 75:25, poté mírně klesala u čistého PC, což naznačuje non-lineární vliv dalších strukturních faktorů.
Průtažné testy odhalily lineární nárůst pevnosti v tahu a prodloužení s vyšším obsahem PC, zatímco modul pružnosti dosáhl maxima mezi 50–75 % PC.
DSC měření prokázala dvě skleněné přechody odpovídající ABS a PC a jejich lineární posun s kompozicí, což umožňuje predikci poměru podle Tg.
FTIR ukázala vysokou lineární korelaci intenzity absorpce C=O skupiny PC se vstupním poměrem.
SPM obrazy potvrdily distribuci fází ve vzorcích; procentuální podíl PC fáze v micro mapách odpovídal deklarovanému složení.

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost přesného odhadu poměru PC/ABS ve výliscích pomocí několika jednoduchých testů.
• Redukce rizika nesprávných hodnocení kvality na výrobní lince.
• Komplexní přístup zvyšuje spolehlivost QA/QC v průmyslové výrobě plastů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace inline senzoriky UV-VIS nebo FTIR do výrobních stanic pro reálné sledování složení během vstřikování.
Prohloubení vztahu mezi mikrostrukturní distribucí z AFM a mechanickými odchylkami k optimalizaci formulací.
Rozšíření postupu na další multi-komponentní polymery a kompozitní materiály.

Závěr

Multifaktoriální hodnocení vzorků PC/ABS poskytlo konzistentní metody pro zpětné stanovení kompozice a odhalilo odlišný vliv struktury na mechanické vlastnosti.
Lineární závislosti v UV-VIS, DSC, FTIR a tahu umožňují predikci poměru složek, zatímco non-lineární chování tvrdosti a modulu vyžaduje další studium mikrostruktury.

Reference

• Kawahara K., Yano F., Nishimura T., Hirade M., Ohta M.: Multifaceted Evaluation of Plastics: Differences due to PC/ABS Resin Compounding Ratio. Shimadzu Application News, First Edition Oct. 2023.