Tester Tech Tips, Kunststoffenreeks #002: Dichtheid

Hoe belangrijk is een nauwkeurige dichtheidsmeting voor kwaliteitsproducten?

Voorbeelden van dichtheidsmetingen: 5,12 g/in ³ , 2,5 kg/m ³ , 4 naaktslakken/ft ³ .

Voor de meeste polymeren is de dichtheid een constante; polypropeen is 0,90 g/cm3, polycarbonaat is 1,2 g/cm3, enz. Toevoeging van vulstoffen zoals een kleurstof, talk of glas zal de dichtheid veranderen; toevoeging van een impact modifier kan de dichtheid iets verlagen; maar de dichtheid van het basispolymeer verandert niet. Polyethyleen (PE) kan echter worden vervaardigd in een reeks dichtheden die verband houden met de afstand tussen de polymeerketens. Het oorspronkelijke PE dat in de jaren 1930 werd gecreëerd door ethyleengas onder extreem hoge druk en temperaturen te plaatsen, was wat men tegenwoordig lage-dichtheid PE (LDPE) noemt. Het werd geen LDPE genoemd toen het voor het eerst werd ontwikkeld, omdat er geen andere soort was. Het was gewoon polyethyleen. Het was zacht, soepel en bestand tegen barsten; een perfecte vervanging voor de rubbermaterialen die in die tijd werden gebruikt.

In het midden van de jaren vijftig stelden nieuwe katalysatortechnologieën polymeerchemici in staat de manier waarop de polyethyleenketen tijdens het polymerisatieproces groeit, te regelen. De polymeerketens in LDPE bevatten talrijke vertakkingen van uiteenlopende lengte, waardoor aanzienlijke hoeveelheden lege ruimte tussen de polymeerketens ontstaan. De nieuwe katalysatoren produceerden ketens die relatief vrij waren van deze zijtakken, waardoor een lineaire structuur ontstond die de moleculen in staat stelde dichter op elkaar te zitten. Deze dichtere pakking verhoogde de intermoleculaire krachten tussen de ketens, wat resulteerde in een materiaal met een hogere dichtheid dat merkbaar sterker en veel stijver was. Het was ook minder ductiel, brosser en gevoelig voor spanningsscheuren, vooral bij lage temperaturen. Met steeds meer controle over de polymerisatiereactie konden de chemici de dichtheid van PE op een vrijwel ononderbroken schaal variëren van 0,912 g/cm3 tot 0,975 g/cm3. Er ontstond een classificatiesysteem om de verschillende families in te delen volgens hun dichtheid. Low-density, medium-density, high-density copolymeren.

Naarmate polymeren een steeds grotere invloed kregen op diverse industrieën, leerden ingenieurs materialen voor diverse toepassingen te selecteren op basis van het evenwicht tussen sterkte, stijfheid en taaiheid dat elke klasse polyethyleen vertoonde. Zelfs binnen een bepaald type was er een aanzienlijk dichtheidsbereik van ongeveer 0,014 g/cm3 tot 0,017 g/cm3 dat de materialen met de hoogste en de laagste dichtheid scheidde. Omdat de dichtheid van PE kan worden gecontroleerd en gevarieerd, moet deze worden gespecificeerd als onderdeel van het materiaalkeuzeproces.

Onze wereld is afhankelijk van kunststoffen. Voor alles, van auto-onderdelen tot ketchupflessen, is de dichtheid van de gegoten kunststof een belangrijke indicator voor de prestaties van dergelijke onderdelen. Belangrijke prestatie-eisen zoals flexibiliteit, sterkte en scheurvastheid zijn allemaal gerelateerd aan de dichtheid. Het in aanmerking nemen van dergelijke eigenschappen is belangrijk bij de produktontwikkeling, vooral de dichtheid is nuttig voor de berekening van de sterkte/gewichtsverhouding. Na het fabricageproces kan de dichtheid worden gebruikt om de kwaliteit van het produkt te bevestigen als maatstaf voor de consistentie van de afzonderlijke onderdelen en dit kan ook extra informatie opleveren over de prestaties van de fabricageapparatuur zelf.

Dichtheid voor kwaliteitscontrole om de consistentie van onderdelen vast te stellen als kwaliteitscontroletest is een vitaal onderdeel geworden van de evaluatie van inkomend materiaal. Het meten van de dichtheid tot op 10-4 g/cm3 nauwkeurig is noodzakelijk geworden. Bij de bepaling van de dichtheid wordt het materiaal eerst in lucht en vervolgens in een vloeistof met bekende dichtheid (gewoonlijk water of ethanol) gewogen. Consistentie van de grondstoffen en van het productieproces zelf. Een interne luchtbel kan er bijvoorbeeld uiteindelijk voor zorgen dat een onderdeel bezwijkt wanneer het onder spanning wordt gezet of een variatie in de grondstof wordt aangegeven door een verandering in de dichtheid die een nadelig effect kan hebben op de werking van het onderdeel. Dergelijke voorvallen kunnen de reputatie van een fabrikant schaden, terugroepacties veroorzaken en zelfs een bedreiging vormen voor de veiligheid van de consument. Bemonstering van binnenkomende materialen is een eenvoudige en kosteneffectieve manier om de kwaliteit te bewaken en de zekerheid te bieden dat de onderdelen de verwachte prestaties zullen leveren.

De keuze van het juiste gereedschap is van cruciaal belang voor de kwaliteitscontrole en de bepaling van de juiste dichtheid. De grootste invloed en zwakte van het meten van dichtheid in kwaliteitscontrolelaboratoria zijn inconsistente meettechnieken en -procedures. Een digitaal hulpmiddel dat in staat is de inherente fouten te verwijderen, wordt een hulpmiddel van onschatbare waarde voor de kwaliteitscontrole van uw inkomend materiaal. Benjamin Franklin wist waar hij het over had toen hij zei dat “tijd geld is.” Het is duidelijk dat hoe minder aandacht een methode vraagt van de bediener, hoe beter deze zich kan concentreren op andere taken. Om de laborant tijd te besparen, is het daarom zeer nuttig methoden voor dichtheidsmeting aan te bieden die zoveel mogelijk kunnen worden geautomatiseerd, terwijl de mogelijke bronnen van fouten en negatieve invloeden op de meting tot een minimum worden beperkt.

De 21-10 digitale densimeter DSG-1

De 21-10 automatische densimeter DSG-1 van Toyo-Seiki is een hoogprecisie-instrument dat een geautomatiseerde, nauwkeurige en eenvoudige bediening biedt in vrijwel elke laboratoriumomgeving. Een elektronische balans bepaalt het soortelijk gewicht van rubber, plastic, keramiek en diverse andere materialen met één druk op de knop. Het soortelijk gewicht van het monster kan eenvoudig en gemakkelijk rechtstreeks op het indicatorscherm worden afgelezen. De DSG-1 biedt de onderneming de vereiste nauwkeurigheid en het gebruiksgemak dat nodig is om betrouwbare resultaten te garanderen met verschillende operators in de verschillende productie-eenheden. De berekeningsmethode is weergegeven in figuur 3.

Figuur 3

De DSG-1 meet het soortelijk gewicht van een groot aantal stoffen. In een simpele handeling – monteer het monster, druk op de startknop, demonteer het monster. De hele operatie kan in 20-30 seconden worden uitgevoerd.

De DSG-1 heeft vele opties die de nauwkeurigheid en het gebruiksgemak verhogen:

• Met een optioneel hulpstuk kan het soortelijk gewicht van vloeistoffen worden gemeten of de snelheid van volumeverandering voor rubber en andere materialen.
• Slechts ongeveer 20 seconden nodig om één monster te meten
• Eenvoudige digitale bediening – monteer het monster, druk op de startknop, demonteer het monster
• Als standaardvloeistof wordt gedestilleerd water gebruikt, maar afhankelijk van de testvereisten kunnen ook andere vloeistoffen worden gebruikt
• Veel hulpstukken beschikbaar voor veelzijdigheid bij het testen
• Automatische invoer van waterdichtheid (temperatuursensor) voor standaardbeker
• Automatische invoer van de dichtheid van water (temperatuursensor) voor dubbelwandige bekerglazen
• Automatische invoer van de dichtheid van water (temperatuursensor) voor dubbelwandige bekerglazen
• Gesloten circuit koelmachine
• Thermostatische (dubbelwandige) beker van het open type (voor koelers met gesloten koelcircuit)
• Thermostatische (dubbelwandige) beker van het gesloten type (voor koeler met open lus)

De DSG-1 voldoet aan de volgende normen:
JIS Z 8807 (1976, 2012), JIS K 7112 (1980, 1999)”¦,Plastic, ISO 1183-1 (2012)