07.10.2020 by Dr. Natalie Rudolph
ما الذي يمكن أن تخبرنا به قياسات TMA عن اتجاه الحشو في القولبة بالحقن
لطالما لعبت الحشوات دورًا مهمًا في صناعة تصنيع البوليمر. من الخصائص المهمة لقياس كيفية تغير طول المادة المملوءة عند تسخينها أو تبريدها هو معامل التمدد الحراري. يلزم معرفة سلوك هذه المادة للتمكن من تحديد قيم التصميم المهمة. تعرّف على كيفية تأثير مجال التدفق وتحضير العينة على الخاصية وشاهد كيف يتم إجراء القياسات باستخدام TMA 402 F3 Hyperion® Polymer Edition.
لطالما لعبت مواد الحشو دورًا مهمًا في صناعة تصنيع البوليمر. وقد أُضيفت في البداية لخفض أسعار المواد، ولكنها تُستخدم الآن بشكل أساسي لمزاياها الأخرى: يمكن للحشوات تقليل الانكماش وزيادة الصلابة وأحيانًا تحسين المظهر.
من الخصائص المهمة لقياس كيفية تغير طول المادة المملوءة عند تسخينها أو تبريدها هو معامل التمدد الحراري، α، أو معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE/CTE)يصف معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE) التغير في طول المادة كدالة لدرجة الحرارة.CTE (معامل التمدد الحراري). إن معرفة سلوك هذه المادة مطلوب للتمكن من تحديد قيم التصميم مثل الانكماش أو التوافق بين شركاء الربط للمنتج النهائي.
ومع ذلك، فإن معامل التمدد الحراري معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE/CTE)يصف معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE) التغير في طول المادة كدالة لدرجة الحرارة.CTE حساس لاتجاه الحشو في الجزء المقولب. يعتمد هذا الاتجاه بشدة على مجال التدفق، والذي يصف كيفية ملء المادة للقالب. لذلك، من المتوقع وجود قيم مختلفة ل معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE/CTE)يصف معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE) التغير في طول المادة كدالة لدرجة الحرارة.CTE في الجزء المقولب. تهدف هذه المقالة إلى التحقيق في هذا الافتراض. بالنسبة لهذه الدراسة، تم قولبة راتينج PEEK منخفض اللزوجة مع ألياف كربون قصيرة بحجم 40 فولت بنسبة 40 في المائة في قالب صفيحة بسماكة 80 × 80 مم وسمك 2 مم في Neue Materialien Bayreuth. تم استخدام بوابة غشائية للحصول على مقدمة تدفق أكثر اتساقًا وتقليل تكسر الألياف، والذي يمكن أن يحدث من خلال بوابة أرق.
كيف تتدفق المادة المنصهرة في القالب؟
يوضح الشكل 1 مخططًا تخطيطيًا للوحة العينة (أ) بالإضافة إلى ملف تعريف السرعة عبر سمك الجزء وكذلك تدفق النافورة في مقدمة الذوبان (ب) واتجاه الألياف الناتج (ج).
وبسبب تدرج السرعة، تعمل قوى وعزوم مختلفة على الألياف وتؤدي إلى اتجاه مميز للألياف داخل الجزء. في وسط الجزء، يتم توجيه الألياف بشكل عمودي على اتجاه التدفق بسبب التدفق التمددي والعرضي. نظرًا لارتفاع معدلات القص عند الجدار أو الطبقة المتجمدة، تكون الألياف موازية للتدفق. ويعتمد سُمك هذه الطبقة عالية التوجيه على سُمك الطبقة المتجمدة وملف السرعة.
كيف تم تحضير عينات التجربة وقياسها؟
بالنسبة لقياسات TMA في شركة NETZSCH للتحليل والاختبار، تم قطع العينات وفقًا للشكل 1 (أ) لدراسة تأثير اتجاه الألياف على معامل التمدد الحراري. تم تصوير اتجاه الألياف السائد المتوقع في العينات (ب).
تم قياس العينات بجهاز TMA 402 F3 Hyperion®Polymer Edition الجديد. بعد خطوة تبريد أولية، تمت زيادة درجة الحرارة من -70 إلى 300 درجة مئوية بمعدل تسخين 5 كلفن/دقيقة. تم حساب معامل التمدد الحراري باستخدام متوسط تحليل معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE/CTE)يصف معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE) التغير في طول المادة كدالة لدرجة الحرارة.CTE (m. معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE/CTE)يصف معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE) التغير في طول المادة كدالة لدرجة الحرارة.CTE)، الذي يحسب الميل بين نقطتي بيانات. يتم تلخيص جميع ظروف القياس في الجدول التالي:
الجدول 1: شروط القياس
| حامل العينة | التمدد، مصنوع من SiO2 |
| حمل العينة | 50 ملي نيوتن |
| الغلاف الجوي | N2 |
| معدل تدفق الغاز | 50 مل/دقيقة |
| نطاق درجة الحرارة | -70...300 درجة مئوية بمعدل تسخين 5 كلفن/دقيقة |
كيف يرتبط التمدد الحراري بمجال السريان؟
تظهر النتائج في الشكل 3. وكما هو متوقع، فإن CTE أعلى من Tg أعلى من أقل من Tg؛ حيث تبلغ قيمة CTE لهذه العينات حوالي الضعف. ويمكن ملاحظة أن قيم CTE للعينة 3 هي الأقل والعينة 2 هي الأعلى. وتقع العينة 1 بينهما. يمكن ملاحظة الاتجاه نفسه بين العينات في Tg. العينة 2 التي يهيمن عليها سلوك المصفوفة أكثر من غيرها من العينات الأخرى لها نفس درجة حرارة Tg البالغة 143 درجة مئوية كما هو مذكور في ورقة البيانات (مقيسة باستخدام DSC). أما العينة 1 التي تُظهر تأثيرًا أكبر للألياف في CTE فلها درجة حرارة Tg أعلى تبلغ 152 درجة مئوية، مما يشير إلى الصلابة الأعلى التي أدخلتها الألياف. ويمكن اكتشاف ذلك في TMA، لأنه يقيس الاستجابة الميكانيكية. تهيمن الألياف بقوة على العينة 3، وبالتالي فإن Tg بالكاد يمكن رؤيته ولم يتم تحليله.
الجدول 2: ملخص Tg الناتج
| العينة 1 (أحمر) | العينة 2 (أزرق) | العينة 3 (أخضر) | |
| درجة الحرارة [درجة مئوية] | 152 | 143 | - |
| CTE < Tg [10-6 كلفن-1] | 8.05 | 13.47 | 2.79 |
| CTE > Tg [10-6 كلفن-1] | 19.92 | 29.56 | 4.65 |
من قياسات CTE بالإضافة إلى نظرية اتجاه الألياف في مجال التدفق، يمكن استنتاج اتجاه الألياف السائد في العينات، الشكل 1 ب. يمكن ملاحظة أنه بسبب العينات الرقيقة، يبدو أن تأثير الطبقة المتجمدة هو السائد في العينتين 2 و3. يتم توجيه غالبية الألياف في اتجاه التدفق x. ولذلك، تعطي العينة 3 أقل قيم CTE (القياس في اتجاه التدفق والألياف) والعينة 2 أعلى القيم (القياس عمودي على اتجاه التدفق والألياف).
أظهرت الدراسة أهمية تحليل معامل التمدد الحراري للمواد المملوءة بناءً على اتجاه الحشو، والذي يتأثر بمجال التدفق أثناء قولبة الحقن.
يمكن الاطلاع على مذكرة التطبيق الكاملة مع مقارنة ورقة بيانات الشركة المصنعة والقياسات باستخدام TMA 402 F3 Hyperion® Polymer Edition الجديدة هنا!
نبذة عن شركة نيو ماتيريديان بايرويت المحدودة
شركة Neue Materialien Bayreuth GmbH هي شركة أبحاث غير أكاديمية تقوم بتطوير مواد جديدة متنوعة للإنشاءات خفيفة الوزن، من البوليمرات والمواد المركبة المقواة بالألياف إلى المعادن، بما في ذلك المعالجة أيضًا. وهي توفر حلولاً موجهة نحو التطبيقات من خلال تحسين المواد المتاحة وعمليات الإنتاج.
