Technische Tipps für Prüfer, Serie Kunststoffe #002: Dichte - Industrial Physics Technische Tipps für Prüfer, Serie Kunststoffe #002: Dichte - Industrial Physics

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Technische Tipps für Prüfer, Serie Kunststoffe #002: Dichte

Wie wichtig sind genaue Messungen für Qualitätsprodukte?

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Beispiele für Dichtemessungen: 5,12 g/in3, 2,5 kg/m3, 4 Kugeln/ft3.

 

Für die meisten Polymere ist die Dichte eine Konstante; Polypropylen hat einen Wert von 0,90 g/cm3, Polycarbonat von 1,2 g/cm3 usw. Die Zugabe von Füllstoffen wie Farbstoff, Talkum oder Glas verändert die Dichte; die Zugabe eines Schlagzähigkeitsmodifikators kann sie geringfügig verringern; die Dichte des Basispolymers ändert sich jedoch nicht. Polyethylen (PE) kann jedoch in einer Reihe von Dichten hergestellt werden, die von den Abständen zwischen den Polymerketten abhängen. Das ursprüngliche PE, das in den 1930er Jahren durch Einwirkung von Ethylengas unter extrem hohen Drücken und Temperaturen hergestellt wurde, wird heute als PE niedriger Dichte (LDPE) bezeichnet. Es wurde nicht LDPE genannt, als es entwickelt wurde, weil es keine andere Art gab. Es war einfach Polyethylen. Es war weich, flexibel und rissfest und damit ein perfekter Ersatz für die damals verwendeten Gummimaterialien.

  width=Mitte der 1950er Jahre ermöglichten neue Katalysatortechnologien den Polymerchemikern, das Wachstum der Polyethylenkette während des Polymerisationsprozesses zu steuern. Die Polymerketten in LDPE enthielten zahlreiche Verzweigungen unterschiedlicher Länge, die erhebliche Mengen an Leerraum zwischen den Polymerketten erzeugten. Die neuen Katalysatoren erzeugten Ketten, die vergleichsweise frei von diesen Seitenverzweigungen waren, was zu einer linearen Struktur führte, die es den Molekülen ermöglichte, sich enger aneinander zu schmiegen. Diese engere Packung erhöhte die intermolekularen Kräfte zwischen den Ketten, was zu einem Material mit höherer Dichte führte, das deutlich fester und steifer war. Außerdem war es weniger dehnbar, spröder und anfällig für Spannungsrisse, insbesondere bei niedrigen Temperaturen. Mit zunehmender Kontrolle über die Polymerisationsreaktion waren die Chemiker in der Lage, die Dichte von PE auf einer im Wesentlichen kontinuierlichen Skala von 0,912 g/cm3 bis zu 0,975 g/cm3 zu variieren. Es entwickelte sich ein Klassifizierungssystem, das die verschiedenen Familien nach ihrer Dichte einordnete. Copolymere mit niedriger, mittlerer und hoher Dichte.

Mit dem zunehmenden Einfluss der Polymere auf die verschiedenen Industriezweige lernten die Ingenieure, wie man Materialien für verschiedene Anwendungen auf der Grundlage der Ausgewogenheit von Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit, die jede Polyethylenklasse aufweist, auswählt. Selbst innerhalb eines bestimmten Typs gab es einen erheblichen Dichtebereich von etwa 0,014 g/cm3 bis 0,017 g/cm3, der die Materialien mit der höchsten und der niedrigsten Dichte voneinander trennte. Da die Dichte von PE kontrolliert und variiert werden kann, muss sie als Teil des Materialauswahlprozesses angegeben werden.

Unsere Welt ist auf Kunststoffe angewiesen. Von Automobilteilen bis hin zu Ketchupflaschen ist die Dichte des geformten Kunststoffs ein wichtiger Indikator für die Leistungsfähigkeit solcher Teile. Die wichtigsten Performanz wie Flexibilität, Festigkeit und Rissbeständigkeit hängen alle mit der Dichte zusammen. Die Berücksichtigung solcher Eigenschaften ist bei der Produktentwicklung wichtig, insbesondere die Dichte ist für die Berechnung des Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht nützlich. Im Anschluss an den Herstellungsprozess kann die Dichte zur Bestätigung der Produktqualität als Maß für die Konsistenz der einzelnen Teile verwendet werden und kann auch zusätzliche Informationen über die Performanz der Herstellungsausrüstung selbst liefern.

Die Dichte für die Qualitätskontrolle, um die Konsistenz der Teile festzustellen, ist zu einem wichtigen Bestandteil der Bewertung des eingehenden Materials geworden. Die Messung der Dichte mit einer Genauigkeit von 10-4 g/cm3 ist notwendig geworden. Bei der Dichtebestimmung wird das Material zunächst in Luft und dann in einer Flüssigkeit mit bekannter Dichte (normalerweise Wasser oder Ethanol) gewogen. Konsistenz der Rohstoffe und des Produktionsprozesses selbst. So könnte beispielsweise eine Luftblase im Inneren eines Teils dazu führen, dass es unter Belastung versagt, oder eine Veränderung des Rohmaterials wird durch eine Veränderung der Dichte angezeigt, die sich nachteilig auf die Funktion des Teils auswirken kann. Solche Vorkommnisse können den Ruf eines Herstellers schädigen, Rückrufe verursachen und sogar die Sicherheit der Verbraucher gefährden. Die Bemusterung eingehender Materialien ist eine einfache und kosteneffektive Methode, um die laufende Qualität zu überwachen und sicherzustellen, dass die Teile wie erwartet funktionieren.

Die Wahl des richtigen Werkzeugs ist entscheidend für die Qualitätskontrolle und die Bestimmung der richtigen Dichte. Der größte Einfluss und die größte Schwäche der Dichtemessung in Qualitätskontrolllabors sind uneinheitliche Messtechniken und -verfahren. Ein digitales Werkzeug, das in der Lage ist, die inhärenten Fehler zu beseitigen, wird zu einem unschätzbaren Werkzeug für die Qualitätskontrolle Ihrer eingehenden Materialien. Benjamin Franklin wusste, wovon er sprach, als er sagte, dass „Zeit Geld ist“. Es liegt auf der Hand, dass sich der Bediener umso besser auf andere Aufgaben konzentrieren kann, je weniger Aufmerksamkeit eine Methode von ihm verlangt. Um dem Laboranten Zeit zu ersparen, ist es daher sinnvoll, möglichst automatisierbare Methoden zur Dichtemessung zur Verfügung zu stellen und dabei die möglichen Fehlerquellen und negativen Einflüsse auf die Messung so gering wie möglich zu halten.

 

Das digitale Dichtemessgerät 21-10 DSG-1

Das automatische Densimeter 21-10 DSG-1 von Toyo-Seiki ist ein hochpräzises Messgerät, das eine automatische, genaue und einfache Bedienung in nahezu jeder Laborumgebung ermöglicht. Eine elektronische Waage bestimmt das spezifische Gewicht von Gummi, Kunststoff, Keramik und verschiedenen anderen Materialien mit einem einzigen Tastendruck. Das spezifische Gewicht der Probe kann direkt auf dem Bildschirm des Indikators abgelesen werden, einfach und leicht. Das DSG-1 bietet dem Unternehmen sowohl die erforderliche Genauigkeit als auch die Benutzerfreundlichkeit, die erforderlich ist, um zuverlässige Ergebnisse mit verschiedenen Bedienern in den verschiedenen Produktionsbereichen zu gewährleisten. Die Berechnungsmethode ist in Abbildung 3 dargestellt.

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Das DSG-1 misst das spezifische Gewicht einer breiten Palette von Substanzen. In einem einfachen Vorgang – Probe einlegen, Startknopf drücken, Probe abnehmen. Der gesamte Vorgang kann in 20-30 Sekunden erledigt werden.

Für das DSG-1 sind viele Optionen erhältlich, die seine Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit erhöhen:

  • Ein optionaler Aufsatz ermöglicht die Messung des spezifischen Gewichts von Flüssigkeiten oder der Volumenänderungsrate von Gummi und anderen Materialien.
  • Nur etwa 20 Sekunden für die Messung einer Probe erforderlich
  • Einfache digitale Bedienung – Probe einlegen, Starttaste drücken, Probe abnehmen
  • Als Standardflüssigkeit wird destilliertes Wasser verwendet, aber je nach Testanforderungen können auch andere Flüssigkeiten verwendet werden
  • Zahlreiche Anbaugeräte für vielseitige Prüfungen verfügbar
  • Automatische Eingabe der Wasserdichte (Temperatursensor) für Standardbecher
  • Automatische Eingabe der Wasserdichte (Temperatursensor) für doppelwandige Becher
  • Automatische Eingabe der Wasserdichte (Temperatursensor) für doppelwandige Becher
  • Kühler mit geschlossenem Kreislauf
  • Offener Thermostatbecher (doppelwandig) (für geschlossenen Kühlkreislauf)
  • Geschlossener Thermostatbecher (doppelwandig) (für Kühler mit offenem Kreislauf)

Das DSG-1 erfüllt die folgenden Normen:
JIS Z 8807 (1976, 2012), JIS K 7112 (1980, 1999)“¦,Kunststoff, ISO 1183-1 (2012)