A comparative study between a short-term analytical method a long-term aging for thermal index prediction of polyamide 6,6 and polybutylene terephthalate

Polymers and composites are versatile and cost-effective materials which play a leading role in the manufacturing industry and are an essential part of our everyday life. Unfortunately, the properties of this class of materials are time and temperature dependent and a measure of their durability in fields of application comprising elevated temperatures and chemically aggressive environments is of the uttermost importance. Techniques which allow for an evaluation of this paramount feature exist, but they are often empirical and rely on prerequisites which may not prove adequate. The main result they provide is a quantity called thermal index, which stands for the maximum temperature at which a material can safely perform for a given lifetime without experiencing a decay of some of its key properties greater than 50%. This is an internationally recognized design criterium, often employed in the selection of the most suitable material for a specific application. Therefore, this mere number is of significant interest for manufacturing companies and the development of time- and cost-saving procedures for its prediction is a hot topic. As a matter fact, traditional standardized procedures for the determination of the thermal index rely on long-term thermal aging programs, which extend from 8 to 12 months on average, are labour intensive, and costly. Beside these, the importance of novel alternative procedures represented by short-term analytical methods, which exploit thermogravimetric analysis to achieve kinetic parameters, has recently seen a substantial growth. However, they employ operating conditions which cannot be compared to those in which real plastics undergo degradation, which usually to defects and surface oxidation which could cause catastrophic failure. In this work, a comparison between these two approaches was carried out to define whether they provide acceptable results and whether they could be considered interchangeable in the assessment of polymer durability, if not for all, at least for a specific part of these materials.

Polimeri e compositi sono una classe di materiali caratterizzati da basso costo e alta versatilità, che rivestono un ruolo di primo piano nell’industria manifatturiera e che sono ormai una parte essenziale della vita di tutti i giorni. Purtroppo, le loro proprietà sono intrinsecamente dipendenti dal tempo e dalla temperatura di utilizzo e una stima della loro durabilità in ambienti chimicamente aggressivi o caratterizzati da temperature elevate è della massima importanza. Al fine di valutare questa caratteristica, al giorno d’oggi sono utilizzate tecniche spesso empiriche e che si basano su prerequisiti che potrebbero rivelarsi non adeguati. Il risultato principale che queste procedure forniscono è un valore chiamato thermal index, che rappresenta la temperatura massima alla quale un materiale può essere utilizzato per un tempo specifico, senza che le sue proprietà principali decadano di più del 50%. Questo valore è visto internazionalmente in fase di progettazione come criterio di selezione del materiale più adatto per una determinata applicazione. Perciò, è evidente come questo numero possegga una fondamentale importanza in campo industriale e come lo sviluppo di procedure a basso costo e a basso dispendio per la sua determinazione siano un argomento scottante. Infatti, le tradizionali procedure standardizzate per il calcolo di questo indice si basano su programmi di invecchiamento a lungo termine, con una durata media dagli 8 ai 12 mesi, che risultano estremamente costosi. Al fianco di queste si stanno sviluppando innovative tecniche di breve durata, che utilizzano l’analisi termogravimetrica per l’ottenimento dei parametri cinetici. Però, queste fanno uso di condizioni operative che non possono essere paragonate a quelle a cui sono sottoposti realmente i materiali plastici, che generalmente causano la formazione di difetti e di ossidazione superficiale che possono portare a fallimenti improvvisi. In questo elaborato, i risultati di questi due approcci sono stati paragonati per determinarne l’accettabilità e l’interscambiabilità nella valutazione della durabilità dei materiali polimerici, se non per tutti, almeno per una parte di essi.