Røntgen giver tidlig varsel om deformation og brud i plast

De mekaniske egenskaber af plast, som styrke, sejhed, sprødhed, kompressibilitet, er afgørende for hvordan materialet kan anvendes. Egenskaberne vil dog ændres over tid, og kan føre til defekter som er svære at forudsige. Selv forskellige batches af samme polymertype kan have forskellige egenskaber og eventuelle defekter. Grunden kan findes i den nanostruktur der ligger skjult i materialet.

Det er velkendt at sejheden af et plastmateriale vil afhænge af hvor krystallinsk polymeren er. Graden af krystallinitet bestemmes typisk ved en kalorimetrisk smelteprøve (DSC). Men det er også vigtigt hvordan materialet er krystallinsk. For eksempel vil tykkere krystaller i PE føre til et stærkere materiale. Spændinger i krystallerne kan desuden føre til at materialet giver sig eller at der opstår brud. 

Med røntgen kan man scanne over et plastemne som vist i Figur 1. Røntgensignalet giver et ’fingeraftryk’ af, hvordan de krystallinske lameller i plasten er ordnet. Det betyder at man kan identificere særligt problematiske områder. Det kan være: 

-    Lokale områder med højere/lavere krystallinitet
-    Lokale områder med spændinger, der kan udløses ved at emnet slår revner
-    Lokale områder med ordning af krystallerne i en bestemt retning, hvilket kan føre til deformation fx ved
     afformning eller ved svag opvarmning 

Figur 1. Ved at gennemlyse et plastemne (typisk et par millimeter tykt) med røntgen, fås data der indeholder et ’fingeraftryk’ af nanostrukturen i materialet. Denne struktur er afgørende for materialets mekaniske egenskaber.

Man kan også undersøge effekten af forskellige procesparametre som flow-profiler, varmeprofiler eller geometrien af emnet. Eller bestemme effekten af at skifte til genbrugsplast.

Strukturen i materialet bestemmer altså ikke blot de aktuelle mekaniske egenskaber, men er også vigtig for egenskaberne gennem materialets levetid. Figur 2 viser, hvordan et plastemne er følsomt for deformering, brud eller miljøpåvirkninger i forskellige faser af dets levetid. Disse faser kan påvirkes af den præcise nanostruktur i materialet. 

Figur 2. Gennem et plastemnes levetid, vil det være følsomt overfor deformering, brud eller miljøpåvirkninger. 

I løbet af en fireårig resultatkontrakt (2021-2024) vil Teknologisk Institut have særligt fokus på materialeanalyser med røntgen- og neutronteknikker. Målinger på plastemner er én af de services der arbejdes med. Gennem projektet vil der også være mulighed for testforløb med interesserede virksomheder.