Introduktion
Harpikssystemet, der er udviklet af European Centre for Dispersion Technologies (EZD), er omhyggeligt designet til brug i en række forskellige applikationer, herunder trykfarver, belægninger og additiv fremstilling. Centralt for dets ydeevne er en forståelse af dets hærdeadfærd, som er analyseret gennem kinetiske undersøgelser af lagringsmodulet. UV-Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning, der involverer Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.tværbindingsreaktioner, som skaber kovalente bindinger og danner tredimensionelle netværk, er et vigtigt træk ved denne harpiks. Opbevaringsmodulet, et mål for et materiales stivhed under Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning, giver kritisk indsigt i hærdningskinetikken og hjælper med at forudsige harpiksens opførsel under forskellige forhold. Ved at kombinere UV-Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning med termisk efterhærdning opnår harpikssystemet optimale materialeegenskaber som hårdhed, elasticitet og kemisk modstandsdygtighed. Denne tilgang sikrer ikke kun hurtig og effektiv Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning, men forbedrer også ydeevnen i applikationer på tværs af brancher som trykning, træforarbejdning, bilindustrien, elektronik, medicinsk teknologi, optik, rumfart og fødevareemballage. Kinetisk analyse af lagringsmodulet giver mulighed for præcise forudsigelser af harpiksens hærdningsadfærd.
Målebetingelser
Prøverne blev fremstillet ved hjælp af 3D-printning hos SKZKFE gGmbH og analyseret med en NETZSCH DMA 303 Eplexor® (figur 1). De vigtigste måleparametre er opsummeret i tabel 1.
Tabel 1: Målebetingelser for DMA 303 Eplexor® måling
| Prøveholder | 3-punkts bøjning, 30 mm fleksible støtter |
|---|---|
| Prøvens tykkelse | Ca. 2 mm |
| Prøvens bredde | Ca. 10 mm |
| Maks. dynamisk kraft | 10 N |
| Dynamisk amplitude | 50 μm |
| Frekvens | 1 Hz |
| Opvarmningshastighed | 5 K/min |
| Måltemperatur | 180°C, 200°C, 210°C og 220°C |
| IsotermiskTest ved kontrolleret og konstant temperatur kaldes isotermiske.Isotermisk segment | 5 timer, hver ved måltemperaturen |
Måleresultater og diskussion
For at bestemme den ideelle hærdningstemperatur for det nye harpikssystem blev prøverne opvarmet med 5 K/min fra stuetemperatur til måltemperaturer på henholdsvis 180 °C, 200 °C, 210 °C og 220 °C og holdt isotermt i 5 timer efter at have nået temperaturen for at analysere den mulige stigning i lagringsmodulet i løbet af holdetiden; se figur 2.
Det kan ses, at med stigende hærdningstemperatur (isotermiske segmenter) kan der opnås højere modulværdier, og at stigningen også sker hurtigere ved højere temperaturer. Først ved 220 °C (blå kurve) ses en negativ effekt. Efter en indledende stigning i modulusværdien begynder den at falde efter ca. 80 minutter af den samlede måletid, hvilket er en indikator for materialets skørhed. Det kan således antages, at der allerede opstår materialeskader ved 220 °C.
De opnåelige modulusværdier efter 300 minutter viser en betydelig stigning med temperaturen. Denne forskel er dog ikke så markant mellem 200 °C (rød kurve) og 210 °C (grøn kurve).
Kinetisk analyse af efterhærdningsreaktionen
Softwaren Kinetics Neo gør det muligt at bestemme de kinetiske parametre for en kemisk reaktion. Den gør det også muligt at forudsige lagringsmodulet ud fra mekaniske egenskaber ved hjælp af dynamisk mekanisk analyse (DMA). Målinger til kinetisk analyse udføres ved forskellige isotermiske temperaturer og er vist i figur 2.
Ved hjælp af disse målinger er Kinetics Neo i stand til at bestemme antallet af trin, der beskriver hærdningsreaktionen. For hvert af disse trin beregner softwaren også de kinetiske parametre, dvs. reaktionstype, aktiveringsenergi og reaktionsrækkefølge.
Figur 3 viser målingerne udført ved forskellige isotermiske temperaturer efter fjernelse af basislinjen. Der anvendes en vandret basislinje, der starter fra punktet med minimal E'. Da de mekaniske målinger allerede indikerer en et-trins reaktion, er der valgt en model med Cn, n 'te ordens autokatalyse til kinetisk analyse.
Figur 3 viser de målte kurver som symboler og modeltilpasningen som fuldt optrukne linjer.
Modeltilpasningen er beregnet for den temperatur, der blev brugt i forsøget, med Kinetics Neo software. Tabel 2 viser de optimale kinetiske parametre, der er brugt til beregningen. Afvigelsen mellem de målte og beregnede kurver viser forskellene i prøveforberedelsen. Den høje determinationskoefficient R2 = 0,995 indikerer dog en stærk overensstemmelse mellem modellen og de eksperimentelle data.
Tabel 2: Kinetiske parametre, beregnet af Kinetics Neo
| Trin 1 (enheder) | |
| Aktiveringsenergi | 50.319 (kJ/mol) |
| Log(PreExp) | 2.591 log (s-1) |
| ReactOrder n | 2.591 |
| Log (AutocatPreexp) | 0.01 log (s-1) |
| Bidrag | 1 |
Simulering af hærdning under brugerspecifikke forhold
Baseret på de bestemte kinetikparametre er Kinetics Neo i stand til at beregne prøvens opførsel for enhver tid/temperaturtilstand, tæt på eksperimentelle temperaturer.
Som eksempel viser figur 4 og 5 harpiksens hærdningsgrad ved forskellige isotermiske temperaturer fra 180 °C til 215 °C i henholdsvis 5 timer og 10 timer. Som forventet sker hærdningen hurtigere ved højere temperaturer.
En længere periode er nødvendig for at sikre fuldstændig Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning. For eksempel når hærdningsgraden efter 5 timer op på 0,940, og efter 16 timer når den op på 0,972. Fuldstændig Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning kan tage flere timer eller dage, afhængigt af temperaturen.
Konklusion
De mekaniske egenskaber af et UV-hærdet harpikssystem efter termisk Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning blev evalueret ved hjælp af dynamisk mekanisk analyse (DMA). Isotermiske målinger blev udført ved forskellige temperaturer: 180 °C, 200 °C, 210 °C og 220 °C. Dataene blev analyseret ved hjælp af Kinetics Neo software, og der blev udviklet en kinetikmodel til at forudsige hærdningsgraden. Denne model kan ikke kun anvendes på de målte temperaturer og varigheder, men også på forhold, der ikke blev testet eksperimentelt. Som følge heraf gør den det muligt at identificere parametre, der opnår en bestemt hærdningsgrad på den korteste tid eller ved den laveste temperatur, afhængigt af optimeringsmålet. Denne tilgang reducerer antallet af nødvendige fysiske tests, hvilket sparer både tid og omkostninger, samtidig med at det fremskynder den samlede proces for brugerne.
Fordele ved kinetisk analyse
Lavere omkostninger til forsøg
Kinetics Neo software reducerer behovet for mange og dyre fysiske forsøg ved at optimere antallet af nødvendige tests. Det giver kunderne mulighed for at spare både tid og penge, samtidig med at de fremskynder deres samlede proces.
Optimering af hærdningscyklusser
Softwaren hjælper Identify med den optimale efterhærdningstemperatur og -tid for at opnå den bedste materialekonvertering. Det sikrer produktionseffektivitet og forhindrer problemer som over- eller underhærdning.
Tilpasning og fleksibilitet
Kunderne kan justere hærdningsprocessen, så den opfylder specifikke anvendelseskrav, uanset om de har brug for, at materialerne er mere fleksible eller mere stive. Denne fleksibilitet sikrer, at det endelige produkt passer perfekt til deres behov, hvilket reducerer behovet for yderligere forsøg.