How Fillers Affect the Crystallization Behavior of SLS Powders

Az egyik igény lehet a nagyobb alakíthatóság (pl. PA11), a másik a jobb méretstabilitás (pl. üveggyöngyök hozzáadása), a nagyobb elektromos vagy Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség (pl. töltőanyagok, mint az alumínium vagy a réz) vagy a nagyobb merevség és szilárdság (pl. üveg- vagy szénszálak hozzáadása).

A töltőanyagok nukleációs helyként működnek

Bármilyen töltőanyag hozzáadása az SLS porhoz jellemzően hatással van a kristályosodási viselkedésre, mivel a töltőanyagok felületei heterogén nukleációs helyként működnek. A vezető töltőanyagok szintén befolyásolhatják az anyag hőmérsékletét, és ezért további megváltozott viselkedést mutatnak. a dinamikus differenciál pásztázó kalorimetriás (DSC) mérések adhatnak első jelzést a megváltozott viselkedésre, amelyet aztán IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus mérésekkel lehet tovább elemezni a gyártási hőmérsékleten vagy annak közelében.

Vezető réz töltőanyagok hozzáadása

A vezető töltőanyagok hatásának megértése érdekében az Erlangen-Nürnbergi Egyetem Polimertechnológiai Intézetének (LKT) kutatói réz töltőanyagokkal kísérleteztek [1]. Rézgömbök és -pelyhek különböző keverékeit (1. ábra) használták különböző tartalommal, és elemezték a feldolgozási viselkedést, valamint a keletkező vezető tulajdonságokat azzal a céllal, hogy komplex hőkezelési célú alkatrészeket hozzanak létre. Különböző mintákat állítottak elő úgy, hogy a PA12 porhoz 5 és 10 térfogatszázalékban rézgömböket, illetve 5 térfogatszázalékban rézpelyheket adtak. A 0,043 ^J/mm2 energiasűrűséget minden anyag esetében állandó értéken tartottuk, hogy a töltőanyagok miatt a folyamat viselkedésében bekövetkező változásokat észleljük.

A PA12 por rézrészecskékkel történő feldolgozási ablakának és kristályosodási viselkedésének meghatározása

A NETZSCH Analízis és Vizsgálat címen egy DSC 214 Polyma készüléket használtak a folyamatablak és a rézrészecskékkel kevert PA12 por különböző keverékeinek kristályosodási viselkedésének elemzésére a tiszta PA12 anyaggal összehasonlítva.

Minden méréshez 5 mg-os mintát vágtunk, és egy homorú aljú alumínium edénybe helyeztük (Concavus^®al) és zárt fedéllel. A mintát szobahőmérsékletről lehűtöttük, hogy a mérést -20 °C-on kezdjük meg. Ezután 10 K/perc fűtési sebességgel 200°C-ra melegítettük, majd ugyanilyen 10 K/perc hűtési sebességgel -20°C-ra hűtöttük.

A következő táblázat a mérési körülményeket foglalja össze.

Táblázat: Mérési feltételek

A tiszta PA12-re vonatkozó eredményeket ebben a korábbi blogbejegyzésben részletesen tárgyaltuk!

Változások a kristályosodási viselkedésben

A 2. ábrán az^1. fűtés és hűtés eredményei láthatók mind a 4 minta esetében. Amint látható, a csúcsolvadási hőmérsékletet nem befolyásolja a töltőanyagok hozzáadása (A területbeli különbség a különböző töltőanyag-tartalmakkal függ össze, és ezen a grafikonon nem normalizáltuk).

Látható azonban, hogy a kristályosodási csúcshőmérséklet és a KristályosodásA kristályosodás a kristályok kialakulása és növekedése során végbemenő fizikai folyamat. E folyamat során kristályosodási hő szabadul fel.kristályosodás kezdete a töltőanyag-tartalom növekedésével magasabb hőmérsékletre tolódik.

A csúcs a tiszta anyag 145,8 °C-ról 5 térfogat% réz töltőanyag esetén 149,1 °C-ra, 10 térfogat% esetén pedig 151,3 °C-ra tolódik.

Megállapítható, hogy a töltőanyagok nukleációs helyként működnek és gyorsítják a kristályosodást. Ez némileg csökkentett folyamatablakhoz vezet, és ezt figyelembe kell venni a feldolgozási feltételek kiválasztásakor.

Hasonló hatást figyelt meg a WILO SE, az üveg- és szénszálakhoz készült szivattyúk és szivattyúrendszerek prémiumszolgáltatója is. Olvassa el az esettanulmányt itt!

A kristályosodási viselkedés jobb megértése

Az IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus kristályosodási viselkedés további vizsgálatai hasznosak lehetnek e viselkedés még jobb megértéséhez. A mérési eljárás részletes leírását itt a töltetlen PA12 porra vonatkozóan adjuk meg.

Az LKT kutatói ezeket a további IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus vizsgálatokat 165 °C-on végezték el a rézzel töltött mintákon, és azt találták, hogy a kristályosodási felezési idő a töltőanyagok hozzáadása miatt csökken, ami tovább erősíti a nukleációs hatást. A teljes tanulmány itt olvasható [Open Access]!

A Polimertechnológiai Intézetről (LKT)

A Polimertechnológiai Intézet az Erlangen-Nürnbergi Friedrich-Alexander Egyetem tudományos kutatóintézete. Az intézet az egyik vezető szerepet tölti be az additív gyártás kutatásában; különösen az SLS területén. További fő kutatási területei közé tartozik a könnyűszerkezetes tervezés és az FRP, az anyagok és a feldolgozás, az illesztéstechnológia és a tribológia. Ezen kutatási fókuszok mellett az intézet olyan interdiszciplináris témákon is dolgozik, mint a töltőanyag-keverés, a feldolgozás és az alkalmazások szimulációja, a sugárzás által térhálósított hőre lágyuló műanyagok, a kíméletes feldolgozás és még sok más.

Források

[1] Lanzl, L., Wudy, K., Greiner, S., Drummer D., Selective Laser Sintering of Copper Filled Polyamide 12: Characterization of Powder Properties and Process Behavior, Polymer Composites, pp. 1801-1809, 2019.