Problem zawartości wilgoci w tworzywach

Zawartość wilgoci w granulkach polimerowych musi być kontrolowana, ponieważ jest to ważny aspekt produkcji wysokiej jakości wyrobów. Absorpcja wilgoci może wpływać na stabilność wymiarową tworzywa sztucznego podczas procesu formowania, co prowadzi do zmian w rozmiarze i kształcie formowanych części.

Właściwa zawartość wilgoci w żywicach polimerowych zapewnia bezproblemowe mieszanie i formowanie wtryskowe, gładkie powierzchnie i idealne właściwości mechaniczne formowanych wtryskowo części. Podnoszenie temperatury nie rozwiązuje problemu wilgoci w tworzywach sztucznych. Wręcz przeciwnie, może spowodować więcej szkód niż korzyści. Skuteczne zarządzanie wilgocią wymaga odpowiednich metod suszenia i narzędzi, które zapewniają precyzyjną kontrolę poziomów wilgoci w surowcach.

Absorpcja wilgoci może powodować niedokładności wymiarowe i odkształcenia części, co prowadzi do odchyleń od określonych specyfikacji i czyni je niezdatnymi do zamierzonego zastosowania. Obecność wilgoci może powodować zmiany w lepkości stopu, zachowaniu przepływu i szybkości chłodzenia, co prowadzi do niespójności w procesie formowania i skutkuje wahaniami wymiarów i właściwości części.

Główne problemy

Nadmierna wilgoć w tworzywach sztucznych może prowadzić do różnych problemów, które bezpośrednio wpływają na produkcję.

• Wady w produktach gotowych - pęcherzyki powietrza pojawiają się, gdy wilgoć paruje podczas przetwarzania, osłabiając strukturę produktu i potencjalnie powodując uszkodzenia. Aby ustalić przyczynę porów, wystarczy zaobserwować, czy pęcherzyki w produkcie z tworzywa sztucznego pojawiają się natychmiast po otwarciu formy lub po schłodzeniu. Jeśli pojawiają się natychmiast po otwarciu formy, jest to głównie problem z materiałem. Jeśli pojawiają się po schłodzeniu, jest to problem z formą lub warunkami formowania wtryskowego.
• Zmiany koloru są wynikiem reakcji chemicznych wywołanych wilgocią, co powoduje, że przezroczyste lub kolorowe produkty tracą swój pożądany wygląd.
• Kruche zachowanie jest powszechnym skutkiem niewłaściwego suszenia, co zmniejsza wytrzymałość mechaniczną gotowych produktów.
• Wzrost kosztów produkcji - wilgoć w surowcach generuje dodatkowe odpady. Niektóre materiały mogą stać się nieużyteczne, co zwiększa koszt jednostkowy produkcji. W skrajnych przypadkach wady są wykrywane dopiero po zakończeniu produkcji, co prowadzi do odrzucenia całych partii wyrobów.
• Zaburzenia w procesie produkcji - nadmierna wilgoć wpływa również na wydajność maszyn do formowania wtryskowego i wytłaczarek. Para wodna może gromadzić się w maszynach, powodując awarie. Przestoje w produkcji spowodowane tymi problemami generują dodatkowe koszty operacyjne.

Jeśli materiał nie zostanie dobrze wysuszony przed wtryskiem, podczas uplastyczniania tworzywa dochodzi do jego reakcji z wodą. Reakcja hydrolizy prowadzi do zmian w strukturze cząsteczkowej tworzywa. Wyroby, które zostaną wykonane w takich warunkach, mają znacznie gorsze własności fizyczne. Dotyczy to głównie spadku wytrzymałości na udarność i rozciąganie.

Tworzywa mogą gromadzić wodę na kilka sposobów. Nie wdając się w zbyt głębokie rozważania o charakterze naukowym, dla potrzeb technologii przetwórczych istotne są 3 rodzaje wilgotności: wilgotność powierzchniowa, wilgotność kapilarna, wilgotność cząsteczkowa.

Duża część tworzyw, jak np. PS, PVC, PE, PP, nie ma własności higroskopowych i woda może się znaleźć niemal wyłącznie na ich powierzchni. Większość ma jednak własności higroskopowe (ABS, PA, PC, PET) i woda może penetrować do ich wnętrza, zarówno granulatu jak i płyt lub kształtek, ale o tym była mowa w artykule z poprzedniego roku.

Rodzaje wilgotności

Wilgotność cząsteczkowa, to woda powiązana z substancją tworzywa na poziomie subkapilarnym, cząsteczkowym. Mówiąc o wilgotności, musimy rozróżniać wilgotność bezwzględną i względną, zarówno tworzywa jak i powietrza, na etapie przechowywania i suszenia, a więc:

• wilgotność bezwzględną tworzywa N_b określamy wg wzoru: N_b = [(m_s-m_d) : m_d] × 100%, gdzie: m_s - tworzywo mokre, a m_d - tworzywo suche
• wilgotność względną N_w tworzywa określamy z wzoru: N_w = [(m_s-m_d) : m_s] × 100%, gdzie: m_s - tworzywo mokre, a m_d - tworzywo suche
• dla powietrza wilgotność bezwzględna "f" wyniesie: F_b = m_w : V, gdzie: m_w - masa wody zawartej w 1 dm³ powietrza
• wilgotność względna F_w wyniesie: F_w= (e : E) × 100%, gdzie: e - aktualne ciśnienie pary wodnej w powietrzu, E - maksymalne ciśnienie pary wodnej w powietrzu w danej temperaturze.

W procesie, któremu towarzyszy podwyższona temperatura, jak np. w technologii wtrysku, termoformowania, rozdmuchiwania itp., zawarta w tworzywie woda gwałtownie paruje i wydobywa się na zewnątrz. Ponieważ czas operacji technologicznych jest zwykle krótki - część wody zostaje uwięziona w tworzywie w stadium pęcherzykowania, co powoduje powstawanie "bąbli" na powierzchni i częściowo wewnątrz tworzywa, co oczywiście dyskwalifikuje produkt.