Skutočná tepelná odolnosť filamentov: Tg a HDT v Praxi
JustCreate3D ·
Na tejto stránke:
Pri takmer každom materiáli nájdete informáciu o jeho "tepelnej odolnosti“. Tento pojem je však veľmi široký a taký, aký ho poznáme po slovenský nemá jasnú definíciu.
V prípade že tepelná odolnosť materiálu je kľúčová pre Vašu aplikáciu je potrebné hlbšie porozumenie jednotlivým pojmam na technických listoch. Nakoľko väčšina technických listoch je po anglický nebudeme prekladať jednotlivé pojmy do slovenčiny. Začneme s tým, s čím sa najčastejšie stretávame:
Glass Transition Temperature (Tg)
Tg je teplota, pri ktorej sa kryštalická alebo semikryštalická časť polyméru začína topiť a mení sa z usporiadanej štruktúry na amorfnú štruktúru.
Jednoducho povedané je to teplota pri ktorej sa začína vnútorná štruktúra materiálu meniť a materiál „začína strácať“ svoje mechanické vlastnosti. Na prvý pohľad sa môže zdať, že ak prekročíme Tg, na výtlačok z daného materiálu sa už nemôžeme spoľahnúť. Tg je však zradné v tom, že nič konkrétne o mechanických vlastnostiach nehovorí, iba to, že sa menia, ale ako veľmi, to už nám Tg nepovie. Tg nie je mechanická záťažová skúška ale skôr chemická vlastnosť.
Keď mi Tg teda veľa toho nepovie o mechanických vlastnostiach, na čo sa mám teda pozerať?
Heat Deflection Temperature (HDT)
"HDT je miera odolnosti polyméru proti zdeformovaniu pri danom zaťažení pri zvýšenej teplote." V praxi to znamená, že daná vzorka bude mechanický namáhaná pri konkrétnej sile v danom bode, pričom okolitá teplota sa časom konštantne zvyšuje. Momentom, keď bude vzorka ohnutá o 0.25mm sa zaznamená aktuálna teplota a tá, bude predstavovať hodnotu HDT.
2 najčastejšie použité zaťaženia sú:
- 1.8 MPa ( 264 psi) ISO 75-A
- 0.46 MPa (67 psi) ISO 75-B
HDT reprezentuje mieru tuhosti materiálu pri zvyšovaní teploty, pre mechanické aplikácie je omnoho smerodajnejšie než Tg!
Najlepšie možno ilustrovať rozdiel Tg a HDT na príklade dvoch materiálov priamo z nášho eshopu:
- PLA od Filament-PM
Tg= 55°C,
HDT 0.46MPA = 55°C - PolyMide™ PA6-CF PolyMaker
Tg = 56.6°C
HDT 0.46MPa: 215°C!
Vicat softening temperature (VST)
Vicat Softening Temperature (VST) alebo teplota mäkčenia Vicat je ďalším dôležitým ukazovateľom tepelnej odolnosti, pri ktorej materiál začne strácať svoju tvrdosť a začne mäknúť. Ľudskou rečou, ten test je niekde medzi Tg a HDT. Je to univerzálnejšia hodnota.
Na meranie teploty zmäkčovania Vicat sa používa Vicatov prístroj. Test spočíva v tom, že sa na vzorku materiálu pri konštantnom zaťažení (v prípade plastov bežne 10N alebo 50N) aplikuje ihla s určitou priemerom. Potom sa teplota vzorky postupne zvyšuje s rýchlosťou 50°C za hodinu (alebo 120°C za hodinu pre niektoré materiály). Teplota zmäkčovania Vicat (VST) je definovaná ako teplota, pri ktorej sa ihla prepadne o určitú vzdialenosť (bežne 1 mm) do materiálu.
Záver
Je dôležité si uvedomiť, že VST, Tg a HDT poskytujú rôzne informácie o materiáloch a ich tepelnej odolnosti. Preto je najlepšie použiť kombináciu týchto testov na úplné zhodnotenie materiálu a jeho výkonnosti pri zvýšených teplotách. V niektorých prípadoch môže byť jeden test vhodnejší ako druhý, v závislosti od špecifických požiadaviek aplikácie.
Tg je zameraný hlavne na štúdium zmien v amorfnej štruktúre materiálu, zatiaľ čo HDT sa zameriava na testovanie deformácie materiálu pri konkrétnom zaťažení. VST pokrýva širší rozsah materiálov a je vhodný pre testovanie zmäkčovania v dôsledku tepla.
Zaujímavosť: Niektoré materiály úmyselne používame nad ich Tg (ako napríklad TPE, TPU) nakoľko vtedy majú pre nás využiteľnejšie vlastnosti (flexibilita).
Zdroje:
https://www.toppr.com/guides/chemistry/the-solid-state/crystalline-and-amorphous-solids/
https://omnexus.specialchem.com/polymer-properties/properties/glass-transition-temperature
https://omnexus.specialchem.com/polymer-properties/properties/heat-deflection-temperature-of-plastics