
24.07.2024 by Dr. Natalie Rudolph, Rüdiger Sehling, Dr. Felipe Wolff-Fabris (European Center for Dispersion Technologies (EZD)), Katlen Tröger (EZD)
DMA كأداة لتحسين المعالجة اللاحقة لطلاءات التصلب والمكونات المطبوعة ثلاثية الأبعاد
لقد وجدت أنظمة المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية مكانًا في مختلف الصناعات والتطبيقات نظرًا لسرعة معالجتها ودقة تطبيقها وتعدد استخداماتها.
لقد وجدت أنظمة المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية مكانًا في مختلف الصناعات والتطبيقات نظرًا لسرعة معالجتها ودقة تطبيقها وتعدد استخداماتها. بعض أهم التطبيقات حتى الآن هي:
- صناعة الطباعة: تستخدم أحبار ودهانات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية على نطاق واسع في صناعة الطباعة. فهي تسمح بسرعة تجفيف الأحبار ومعالجتها على الورق والورق المقوى والبلاستيك وركائز الطباعة الأخرى، مما يزيد من سرعة الإنتاج.
- معالجة الأخشاب: تُستخدم الطلاءات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في معالجة الأخشاب، خاصةً للأثاث والأرضيات وأسطح الأثاث والتشطيبات والديكور الخشبي. وهي توفر معالجة سريعة وجودة سطح عالية.
- صناعة السيارات: تُستخدم الدهانات والطلاءات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في صناعة السيارات لطلاء الأجزاء البلاستيكية والمكونات الداخلية ولوحات العدادات. وهي توفر معالجة سريعة وجودة سطح عالية.
- الإلكترونيات: تُستخدم مواد المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في صناعة الإلكترونيات لإنتاج لوحات الدوائر المطبوعة وشاشات العرض والأغطية والمفاتيح والمكونات الإلكترونية الأخرى. وهي توفر جرعة وتطبيق دقيقين، وتتيح إنتاجًا سريعًا.
- التكنولوجيا الطبية: تُستخدم مواد المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في إنتاج الأجهزة الطبية ومنتجات طب الأسنان وأجهزة تقويم العظام والتطبيقات الطبية الأخرى. وهي توفر دقة عالية وخصائص متوافقة حيوياً.
- البصريات والنظارات: تُستخدم مواد المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في عدسات النظارات والعدسات اللاصقة والطلاءات البصرية. وهي توفر معالجة سريعة وشفافية عالية ومقاومة للخدش.
- الفضاء الجوي: تُستخدم الطلاءات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في صناعة الطيران للمكونات والأغطية والأسطح. وهي تتميز بخفة الوزن والمتانة وسرعة المعالجة.
- تغليف المواد الغذائية: تُستخدم الطلاءات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في صناعة تغليف المواد الغذائية لحماية مواد التعبئة والتغليف وتحسين المتانة وتقليل تغلغل الرطوبة.
وبالإضافة إلى هذه المجالات التقليدية، فقد تم استخدامها على نطاق واسع في التصنيع الإضافي لعدة سنوات. وتشكل راتنجات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية الأساس لعمليات البلمرة الضوئية في الحوض وعمليات نفث المواد، كما أنها تستخدم في نفث المواد الرابطة. هنا أيضًا، تعتبر خصائص المعالجة السريعة ذات صلة بسرعة الطباعة ثلاثية الأبعاد؛ والدقة والدقة ذات صلة بالدقة وسماكة الطبقة القابلة للتحقيق؛ وتسمح المجموعة الواسعة من التركيبات بمجموعة لا نهائية تقريبًا من خصائص المواد والمواد.
في بعض التطبيقات، يمكن تعزيز خصائص الأحبار والطلاءات والأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد عن طريق المعالجة في درجات حرارة مرتفعة بعد المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. وهذا مفيد في بعض الأحيان للتحكم في عمق المعالجة أو تحسين الخصائص:
- سماكة الطلاء أو طبقة الطباعة: بالنسبة إلى الطبقات السميكة من مواد المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية، قد لا يخترق ضوء الأشعة فوق البنفسجية بشكل كافٍ لضمان المعالجة الكاملة. المعالجة الحرارية اللاحقة مطلوبة لتحقيق المعالجة الكاملة في جميع أنحاء السمك بالكامل.
- تركيب المواد ودرجة الربط المتقاطع: تتطلب بعض المواد معالجة حرارية لاحقة لتحقيق قدر كافٍ من الربط المتقاطع والبلمرة. تساعد المعالجة اللاحقة على إكمال التفاعلات غير المكتملة وتحسين استقرار المواد.
- تحسين خصائص المواد. يسمح الجمع بين المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية والمعالجة اللاحقة الحرارية بتحسين خصائص مواد محددة مثل الصلابة والمرونة وقوة الصدمات والمقاومة الكيميائية.

التحليل الديناميكي الميكانيكي الديناميكي لتحسين المعالجة الحرارية اللاحقة فيما يتعلق بالخصائص الميكانيكية
من الطرق الجيدة لتحسين ما بعد المعالجة الحرارية فيما يتعلق بالخصائص الميكانيكية التحليل الديناميكي الميكانيكي (DMA). يحلل DMA سلوك المواد عند درجات حرارة وترددات وإجهادات مختلفة. في المثال التالي، تم استخدامه لتحديد درجة الحرارة المثالية لما بعد المعالجة من حيث الوقت والتكلفة والأداء.
تم تطوير نظام الراتنج من قبل EZD لاستخدامه كحبر أو طلاء أو في التصنيع المضاف.
تم إنتاج العينات باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في EZD-SKZ وتحليلها باستخدام DMA 303 Eplexor®. تم تلخيص أهم المعلمات في الجدول التالي:
حامل العينة | ثني 3 نقاط دعامات مرنة 30 مم |
سُمك العينة | 2 مم تقريبًا |
عرض العينة | 10 مم تقريبًا |
أقصى قوة ديناميكية | 10 N |
السعة الديناميكية | 50 ميكرومتر |
التردد | 1 هرتز |
لإجراء تقييم أولي لسلوك المعالجة والسلوك الميكانيكي تحت تأثير درجة الحرارة، تم إجراء قياس DMA من 100 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية بمعدل تسخين 2 كلفن/دقيقة. بعد التبريد، تم تكرار هذه الدورة مرتين أخريين على العينة نفسها. تظهر النتائج في الشكل 1. يمكن ملاحظة حدوث اختلاف في معامل التخزين عند درجات حرارة أعلى من درجة حرارة الغرفة. تزداد الصلابة مع زيادة التسخين. بالإضافة إلى ذلك، يتحول الانتقال الزجاجي (tan d) إلى درجات حرارة أعلى.

لتحديد درجة حرارة المعالجة المثالية لنظام الراتنج الجديد، تم تسخين العينات بمعدل 5 كلفن/الدقيقة من درجة حرارة الغرفة إلى درجات الحرارة المستهدفة 180 درجة مئوية و200 و210 و220 درجة مئوية وحُفظت العينات بشكل متساوي الحرارة لمدة 5 ساعات بعد الوصول إلى درجة الحرارة لتحليل الزيادة المحتملة في معامل التخزين خلال فترة الاحتفاظ؛ انظر الشكل 2.

يمكن ملاحظة أنه مع زيادة درجة الحرارة، يمكن تحقيق قيم معامل أعلى وأعلى وأن الزيادة تحدث بشكل أسرع في درجات الحرارة الأعلى. فقط عند درجة حرارة 220 درجة مئوية يظهر تأثير سلبي. بعد الزيادة الأولية في قيمة المعامل، تبدأ في الانخفاض بعد حوالي 80 دقيقة من إجمالي وقت القياس، وهو مؤشر على تقصف المادة. وبالتالي، عند درجة حرارة 220 درجة مئوية، يحدث بالفعل تلف للمادة.
تُظهر قيم المعامل القابلة للتحقيق بعد 300 دقيقة زيادة كبيرة مع درجة الحرارة. ومع ذلك، لم يعد هذا الاختلاف large بين 200 درجة مئوية و210 درجة مئوية.
من أجل التمكن من تقييم التأثير على الانتقال الزجاجي، يتم بعد ذلك تسخين جميع العينات المحتفظ بها بشكل متساوي الحرارة ديناميكيًا من -100 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية بمعدل تسخين 2 كلفن/دقيقة. يمكن الآن التعرف بالفعل على الفرق في قيم المعامل في بداية القياس عند -100 درجة مئوية. يمكن أيضًا ملاحظة بوضوح أن قيمة المعامل للعينة التالفة عند درجة حرارة 220 درجة مئوية لا تختلف عن العينة بعد المعالجة عند درجة حرارة 180 درجة مئوية. تنتقل ذروة tan d، التي تتوافق مع الانتقال الزجاجي للمادة (Tg)، إلى قيم أعلى مع زيادة درجة حرارة الإمساك. ومع ذلك، يلاحظ أيضًا أن الاختلافات تزداد بشكل أقل حدة بعد المعالجة اللاحقة عند درجة حرارة 200 درجة مئوية.

تظهر النتائج أنه يمكن تحقيق أعلى قيمة معامل وTg عند درجة حرارة معالجة 210 درجة مئوية.
اعتمادًا على ظروف الإطار، يمكن الآن اشتقاق قرارات تحسين مختلفة:
- للحصول على قيمة المعامل القصوى البالغة 201 ميجا باسكال، يجب إجراء المعالجة عند درجة حرارة 210 درجة مئوية لمدة 300 دقيقة.
- على سبيل المثال، إذا كانت قيمة المعامل 150 ميجا باسكال كافية، فسيتم الوصول إلى هذه القيمة عند درجة حرارة 200 درجة مئوية بعد 160 دقيقة وعند درجة حرارة 210 درجة مئوية بعد 70 دقيقة. واعتمادًا على تقنية الفرن، يمكن افتراض أن تحقيق نفس النتائج في 90 دقيقة أقل عند 210 درجة مئوية يكون أكثر كفاءة في استخدام الطاقة (+ الوقت والتكاليف).
- إذا كانت هناك حاجة إلى قيمة انتقال زجاجية معينة، على سبيل المثال > 150 درجة مئوية، فقد تكون درجة حرارة المعالجة 200 درجة مئوية كافية بالفعل. يجب استخدام المزيد من أزمنة الانتظار المتساوية الحرارة للتحقق مما إذا كان يمكن أيضًا تحقيق نفس درجة حرارة الانتقال الزجاجي بشكل أسرع عند درجات حرارة أعلى.
يهدف هذا المثال إلى إظهار أنه اعتمادًا على القيمة المستهدفة للأداء (المعامل أو Tg) أو الوقت أو التكلفة أو كفاءة الطاقة، عادةً ما تكون بعض قياسات DMA كافية لتضييق مساحة النتائج ثم التحقق من تحقيق القيم المستهدفة بقياس تأكيد من 1 إلى 2.
ولذلك، يمكن استخدام DMA لتحسين المعالجة الحرارية لأحبار المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية والطلاءات وراتنجات الطباعة ثلاثية الأبعاد. واعتمادًا على القيمة المستهدفة، يمكن استخدام طرق أخرى مثل UV-DSC، أو اقتران الأشعة فوق البنفسجية على مقياس الانسيابية الدورانية Kinexus ، أو UV-DEA لتحسين المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية.