matrijsvervuiling - vkrt.org · • sunpar 2280 30 • perkadox 14/40 mb 8 ... dlc, etc.) vkrt...

MATRIJSVERVUILING

Onderzoek naar parameters die matrijsvervuiling veroorzaken, enmogelijke oplossingsrichtingen

VKRT 14-2- 2013 1Ben van Baarle

Invloed temperatuur

Vervuiling

Temperatuur °C


Invloed injectiesnelheidVervuiling

Cyclussen

175

80

25

Injectiesnelheid


Factoren matrijsvervuiling

• Laagmoleculaire bestanddelen• Chemische reacties• Vaste mengselbestanddelen• Versnellers en reactieproducten


Materialen driehoek

Mengsel

Proces Matrijs

PRODUCT


Matrijsonderzoek

• Staalsoort • Ruwheid• Lossingsmiddel• Semi-permanente coatings• Permanente coatings


Matrijs compression moulding

VKRT 14-2- 2013 Ben van Baarle 7

20 mm

50 mm

NBR-mengsel• NBR acn 33% 100 delen• Stearinezuur 1• Zinkoxide RS 5• Vulkanox NKF 2• N660 Carbon Black 50• Kaolien 30 • DOP 15• TMTD 1• TETD 1• CBS 1,5• Zwavel (80%) 0,4


EPDM-mengsel• EPDM 100 delen• Stearinezuur 1• Zinkoxide UM 5• MBI 1• N 550 Carbon Black 67,5• Sunpar 2280 30• Perkadox 14/40 MB 8• Zwavel 0,3


Element analyse NBR-zCounts

EnergyOC

Zn

S

Cr FeZn

Ca


Element analyse EPDM-pCounts

O

C

ZnS

Cr FeZn

Energy


Vorming van zinksulfide

2 ( R – Sx – H ) + ZnO oxidatie

- 2H

R – Sx – R + ZnS + H2O


Matrijs


Vervuilingsfront

ontluchting injectie

vloeifront

InsertMicroscoopfoto 60x


Invloed lossingsmiddel

Polymeer Blanco Siloxaan Fluor

NBR-z 40 200 50EPDM-p 20 100 10NR/BR 20 150 10CR 20 100 10VMQ >600 >600 >600FKM >600 >600 >600VKRT 14-2- 2013 15Ben van Baarle

Element analyse blanco insertsPolymeer Elementen Verbinding OpmerkngNBR-z Zn, S, Ca ZnS KristallenEPDM-p Zn, S, C ZnS KristallenNR/BR Zn, S, Si ZnS KristallenCR Zn, Mg, S,

Cl, Fe, OZnS, ZnCl2 Kristallen

ChloorpittingVMQ - - -FKM - - -VKRT 14-2- 2013 16Ben van Baarle

Permanente coatingsCoating NBR-z EPDM-p NR/BR CR

Blanco 20 20 40 30Chroom 20 20 40 40Nikkel <10 20 <10 <10Nitriden 50 20 40 40Teflon 5 µ 20 20 30 30Teflon 50 µ >600 >600 >600 >600


Conclusies

• Zinkoxide initiator matrijsvervuiling • Edele staalsoorten toepassen?• Ruwheid nauwelijks van invloed• Toepassen van barriëre vormers


Hypothese

• Vorming van (latent) zinksulfide die neerslaat als kristallen op het ‘ruwe’ matrijsoppervlak, waarop vervolgens vluchtige bestanddelen kunnen hechten: – 1e fase anorganische vervuiling– 2e fase organische vervuiling

• Geen zinkoxide of zwavel: vermindert het ontstaan van matrijsvervuiling


Zinkoxide een noodzaak?

• Zink varianten• CaO, MgO of zinkzouten• Nano zinkoxide (40 nm)

• Electrochemisch onderzoek• Polarisatie onderzoek

• Permanente coatings• Non-metal coatings• Metal coatings


Henry Ford in zijn T-Ford


Postvervoer


Masterbatch s-SBR

• S-SBR 100• Roet (N 375) 50• Enerflex 75 5• Zwavel 1,75• TBBS 1,5• Stearinezuur 2• Zink varianten (variabel)


Reocurven zinkoxide

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 300

2

4

6

8

10

Z inc ox ide

Z nO 5 phr Z nO 1 phr Z nO 3 phr Z nO 10 phr

T im e (m .m .)

Torq

ue (d

Nm

)

0

2

4

6

8

10


Metaaloxiden

0 10 20 3 0 4 0 5 0 600

2

4

6

8

10

D ifferent oxides as activator in S B R m asterbatch

S ta n d a rd M g O C a O

Torq

ue (d

Nm

)

T im e (m .m .)


0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 300

2

4

6

8

10

Z nO 3 phr Z n-s teara te 10 ph r Z n-m onog lycero la te 6 phr

Z inc com p lexes

T im e (m .m .)

Torq

ue (d

Nm

)

0

2

4

6

8

10

Zink complexen


Electro-negativiteit

• Uitgangspunten- atoomconfiguratie als ZnO- electronegativiteit Sanderson

Electronegativiteit S = Ӽ = D/DaD = electron dichtheidDa=electron dichtheid molecuul


Invloed oxiden op (Mh-Ml) Oxide SANDERSON (Mh-Ml)

BaO 0,95 2,0

CaO 1,06 3,0

CdO 1,47 4,5

MgO 1,23 3,0

PbO 1,55 4,5

ZnO 1,70 8,0


Invloed metaaloxidenInvloed elektronegativiteit op Mh-Ml

BaO CaO MgO CdO PbO ZnO0123456789

0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8Electronegativiteit

Mh-

Ml (

160°

C)


Nano zinkoxide 40nmParameter ZnO

(0 dln)ZnO

(0,1 dln)ZnO

(0,2 dln)ZnO RS 3

(3 dln)Mh-Ml (dNm) 72,33 77,09 79,54 78,6Ts1 (min:sec) 4:48 4:44 4:21 4:48T90(min:sec) 22:05 12:45 10:24 11:53


Electro-chemisch proces?

Hypothese heterogene katalyse:

1 Fe₂O₃ + 3 H₂S Fe₂S₃ + 3H₂O

Fe₂S₃ + 3 ZnO 2 Fe₂O₃ + 3 ZnS


3 Op oppervlak aantoonbaar ZnS

Polarisatie matrijs 190°C

Staal

Persplaat

Teflon

Teflon Staal

Persplaat

DC 200 mV


Polarisatiecurven 190 C

0.0E+00

5.0E-06

1.0E-05

1.5E-05

2.0E-05

2.5E-05

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Tijd [s]

Stro

om I

[A/c

m2]


Aantonen van Zinksulfide Uit experimenten met polarisatie curven blijkt dat het geen electro-chemisch proces is.

Chemische analyses (AP-TPR-MS) van het compound tonen aan dat ZnS in het compound wordt gevormd.

Dit ZnS is in situ (latent) aanwezig en kristalliseert uit op een niet edel metaal oppervlak

Uit de element analyse op de inserts blijken de elementen Zn en S aantoonbaar.


Banden compound

• Masterbatch NR/BR• Masterbatch 185,35• Zinkoxide RS 5• Stearinezuur 3• TBBS 1,2• Zwavel 2,25


Evaluatie ‘non metal’ coatings

Coatings 5x 10x 20x 50x

MC 1504 0 0 0 0

PVD 0 0 0 0

PPS 0 0 0 0Emaille 0 0 0* 0*Hybride 0 0 0 0


Magnetiet (Fe₃O4)

Oplossing van NaOH en KNO₃ koken bij 145 °C(toepassing alleen op koolstofhoudend staal)

Oppervlakbehandeling: chemisch oxidatieproces

IJzer(2)oxide + zuurstof IJzer(3)oxide


Spuitgieten 600 shots

Coating NR/BR(zwavel)

NBR(zwavel)

CR(ZnO)

RVS (ref) +/- + +/-TC 1504 ++ ++ ++PPS ++ + +/-Hybride ++ + +/-

Magnetiet ++ ++ +/-


Evaluatie coatings

Kunststof5 micron spuiten coating, geen gesloten oppervlak, kans op vervuiling (Teflon)50 micron dun vel, geen vervuiling, kans op smelt, grote toleranties (Teflon, PPS)

Galvanisch 5 –20 micron, geen gesloten oppervlak,kans op vervuiling (Chroom)

PVD / CVD 0,2 – 0,5 micron, gesloten dunne laag, niet toepasbaar voor grote vormstukken (nitriden, vanadium, DLC, etc.)


Evaluatie coatings

Hybride Multi-layer

Dunne coating niet geschikt voor grote vormstukken. (Haniet)

Chemisch proces

Eenvoudig proces, mits het bedrijf er voor is ingericht. Dunne laag 0,2 micron, geen vervuiling! (Magnetiet)

Keramisch Eenvoudig proces. Dikkelaag 80-100 micron. Grote toleranties. Volledig gesloten laag? (Emaille)


Conclusies• Een coating semi-permanent of permanent

aangebracht op een metalen ondergrond moet een volledig gesloten oppervlak bezitten om te voorkomen dat reactie producten (meestal in situ aanwezig in de polymere matrix) neerslaan op het metaaloppervlak (van de matrijs)

• Nano-zinkoxide is een goed alternatief voor ZnO• Een magnetiet coating is een interessante

toepassing


matrijsvervuiling - vkrt.org · • sunpar 2280 30 • perkadox 14/40 mb 8 ... dlc, etc.) vkrt...

Documents