Materi Bagian 1:Apa yang Dapat Dilakukan Annealing untuk Proses Anda

Jauh sebelum ada plastik ada proses annealing. Industri logam, dan lebih khusus lagi industri baja, telah lama mengetahui bahwa melakukan proses lanjutan yang memaparkan material pada pemanasan dan pendinginan yang terkontrol akan mengurangi kekerasan material, meningkatkan keuletan, dan mengurangi tekanan internal. Struktur mikro material juga berubah. Bahan logam lainnya seperti tembaga dan kuningan juga dapat bermanfaat.

Annealing dapat menghilangkan tekanan pada material amorf dan meningkatkan kristalinitas pada resin semi-kristal. (Foto:Oven anil dari Grieve Corp.)

Annealing plastik tidak dilakukan sebagai bagian dari sebagian besar proses manufaktur. Ada pengecualian. Produk dengan ketebalan yang signifikan seperti batang padat, tabung berdinding tebal dan lembaran sering dianil sebagai langkah persiapan untuk pemesinan. Hal ini dilakukan untuk menstabilkan struktur material dan mengurangi tegangan internal, alasan yang sama seperti proses yang dilakukan pada material logam. Dalam semua produk yang dibuat dengan proses lebur, laju pendinginan yang relatif cepat yang terkait dengan proses ini menimbulkan beberapa tingkat tegangan internal dan penyimpangan dari keadaan ekuilibrium. Dalam kasus di mana ini menghasilkan tingkat tekanan internal yang menciptakan masalah fungsional dalam penggunaan, anil dapat dilakukan untuk menurunkan tegangan ke tingkat yang mungkin tidak dapat dicapai selama pemrosesan.

Alasan untuk anil, dan efeknya pada material, akan sangat bergantung pada polimer yang dianil. Dalam polimer amorf tujuannya adalah untuk mengurangi tekanan internal. Bagian yang diproduksi dalam proses yang terkontrol dengan baik yang memberikan perhatian yang tepat pada pentingnya laju pendinginan mungkin mengandung tekanan internal di bawah 1000 psi. Tetapi bagian yang didinginkan dengan cepat dapat menunjukkan tekanan internal dua hingga tiga kali lebih tinggi. Semakin tinggi tekanan internal, semakin tidak mampu produk mengelola tekanan eksternal tanpa gagal. Selain itu, kegagalan pada bagian yang mengandung tegangan internal tingkat tinggi lebih cenderung rapuh.

Bahkan jika penerapannya tidak diharapkan melibatkan tingkat tegangan eksternal yang tinggi, tegangan internal yang tinggi dapat meningkatkan kerentanan terhadap retak tegangan lingkungan (ESC). Polimer amorf sangat mungkin untuk menunjukkan ESC jika mereka terkena bahan kimia tertentu. Bahan kimia ini dapat hadir sebagai pelarut, plasticizer, bahan pembersih, pencegah karat dan perekat, dan kontak yang lama dari polimer amorf dengan cairan ini dapat mengakibatkan kegagalan ESC. Dalam jenis lingkungan seperti ini, anil dapat menjadi perbedaan antara keberhasilan dan kegagalan.

Dalam polimer semi-kristal, tujuan anil pada dasarnya berbeda. Polimer semi-kristal digunakan karena sifat mekanik dan termal yang muncul dari kristalinitasnya. Tingkat kristalinitas mengatur sifat-sifat seperti kekuatan, modulus, retensi sifat mekanik di atas suhu transisi kaca, ketahanan kimia, ketahanan lelah dan mulur, dan sifat tribologi. Sama seperti tekanan internal dalam polimer amorf diminimalkan dengan laju pendinginan yang lebih lambat, kristalinitas dalam polimer semi-kristal dimaksimalkan dengan memperlambat laju pendinginan bahan.

Tetapi bahkan dalam keadaan terbaik, laju pendinginan yang terkait dengan pemrosesan lelehan menghasilkan bagian yang memiliki sekitar 90% kristalinitas yang dapat dicapai. Dalam kebanyakan kasus, ini sudah cukup. Tetapi dalam kasus di mana tidak, anil dilakukan untuk memberikan tambahan 10% itu.

Peluang pembentukan kristal terjadi pada jendela suhu di bawah titik leleh polimer dan di atas suhu transisi gelasnya (T_g ). Akibatnya, suhu anil harus di atas T_g untuk mencapai hasil yang diinginkan. Laju kristalisasi optimal biasanya diperoleh di dekat titik tengah antara titik leleh dan T_g . Sebagai contoh, nilon 66, dengan T_g dari 60 C (140 F) dan titik leleh 260 C (500 F), anil paling efisien pada sekitar 160 C (320 F).

Dalam bahan yang terikat silang, proses anil dilakukan untuk alasan yang mirip dengan yang mengatur termoplastik semi-kristal. Sama seperti proses pencetakan yang berjuang untuk mencapai tingkat kristalisasi setinggi mungkin, proses tersebut juga biasanya tidak mencapai tingkat ikatan silang yang optimal. Sementara ini dapat dicapai dengan memperpanjang waktu siklus, ekonomi sering tidak mendukung pendekatan seperti itu dan lebih efisien untuk memanaskan kembali sejumlah besar bagian setelah pencetakan. Dalam industri termoset ini biasanya disebut sebagai pasca-pembakaran dan paling sering dilakukan pada polimer seperti fenolat dan polimida.

Namun, banyak praktisi di industri juga telah menemukan manfaat dalam melakukan operasi ini pada poliester tak jenuh, epoksi, dan silikon. Agar proses pasca pemanggangan secara efektif meningkatkan kerapatan ikatan silang bahan, suhu proses pemanggangan harus melebihi T_g polimer di bagian cetakan. Seperti yang akan kita lihat di artikel selanjutnya, ada beberapa termoplastik yang juga memerlukan pasca-pembakaran untuk mencapai sifat yang optimal.

Beberapa elastomer juga mendapat manfaat dari proses pasca-pembakaran atau anil. Seperti termoplastik semi-kristal dan polimer terikat silang kaku, tujuannya bukanlah pengurangan tegangan internal, melainkan penataan ulang struktural yang meningkatkan kinerja mekanik dan termal. Proses ini dapat berguna dalam elastomer termoplastik seperti poliuretan, dan juga telah terbukti meningkatkan kinerja dalam sistem ikatan silang seperti karet silikon. Proses ini sangat berguna dalam memberikan kinerja optimal dalam aplikasi yang melibatkan paparan suhu tinggi dalam waktu lama.

Agar proses ini mencapai hasil yang diinginkan, kondisi spesifik suhu dan waktu anil atau pasca-pembakaran sangat penting. Yang sama pentingnya dalam beberapa kasus ini adalah laju pendinginan setelah proses pemanasan selesai. Kegagalan untuk mengelola proses pendinginan ini sering menjadi alasan bahwa anil tidak mencapai hasil yang diinginkan. Ini adalah parameter yang sering diabaikan.

Dalam artikel berikutnya dalam seri ini, kita akan membahas persyaratan berbeda yang berkaitan dengan termoplastik amorf, termoplastik semi-kristal, bahan ikatan silang, dan elastomer. Kami juga akan membahas batasan proses ini untuk mencapai hasil positif tanpa menimbulkan konsekuensi negatif yang tidak diinginkan.

TENTANG PENULIS: ​​Mike Sepe adalah konsultan material dan pemrosesan global independen yang perusahaannya, Michael P. Sepe, LLC, berbasis di Sedona, Arizona. Dia memiliki lebih dari 40 tahun pengalaman di industri plastik dan membantu klien dengan pemilihan material, merancang untuk manufakturabilitas, proses optimasi, pemecahan masalah, dan analisis kegagalan. Hubungi:(928) 203-0408 • [email protected].