07.10.2020 by Dr. Natalie Rudolph
Apa yang Dapat Diinformasikan Pengukuran TMA Tentang Orientasi Filler dalam Cetakan Injeksi
Bahan pengisi telah lama memainkan peran penting dalam industri manufaktur polimer. Sifat penting untuk mengukur bagaimana bahan pengisi berubah panjangnya ketika dipanaskan atau didinginkan adalah koefisien ekspansi termal. Pengetahuan tentang perilaku material ini diperlukan untuk dapat menentukan nilai desain yang penting. Pelajari bagaimana medan aliran dan persiapan sampel mempengaruhi properti dan lihat bagaimana pengukuran dengan TMA 402 F3 Hyperion® Polymer Edition dilakukan.
Bahan pengisi telah lama memainkan peran penting dalam industri manufaktur polimer. Pertama kali ditambahkan untuk menurunkan harga bahan, sekarang bahan ini terutama digunakan untuk keuntungan lainnya: Bahan pengisi dapat mengurangi penyusutan, meningkatkan kekakuan, dan terkadang memperbaiki penampilan.
Sifat penting untuk mengukur bagaimana bahan yang diisi berubah panjangnya ketika dipanaskan atau didinginkan adalah koefisien ekspansi termal, α, atau Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu bahan sebagai fungsi suhu. CTE (koefisien ekspansi termal). Pengetahuan tentang perilaku material ini diperlukan untuk dapat menentukan nilai desain seperti penyusutan atau kompatibilitas antara mitra penyambung produk akhir.
Namun, Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu bahan sebagai fungsi suhu. CTE sensitif terhadap orientasi pengisi pada bagian yang dicetak. Orientasi ini sangat bergantung pada bidang aliran, yang menggambarkan bagaimana material mengisi cetakan. Oleh karena itu, nilai yang berbeda untuk Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu bahan sebagai fungsi suhu. CTE diharapkan terjadi pada bagian yang dicetak. Artikel ini bertujuan untuk menyelidiki asumsi ini. Untuk penelitian ini, resin PEEK viskositas rendah dengan 40 vol% serat karbon pendek dicetak secara injeksi dalam cetakan pelat 80 x 80 mm dan ketebalan 2 mm di Neue Materialien Bayreuth. Gerbang film digunakan untuk mendapatkan bagian depan aliran yang lebih seragam dan mengurangi kerusakan serat, yang dapat terjadi melalui gerbang yang lebih tipis.
Bagaimana bahan cair mengalir ke dalam cetakan?
Gambar 1 menunjukkan skema pelat sampel (a) serta profil kecepatan di seluruh ketebalan bagian serta aliran air mancur di bagian depan lelehan (b) dan orientasi serat yang dihasilkan (c).
Karena gradien kecepatan, gaya dan momen yang berbeda bekerja pada serat dan menyebabkan orientasi serat yang khas di dalam bagian tersebut. Di bagian tengah bagian, serat diorientasikan tegak lurus terhadap arah aliran karena aliran ekstensional dan transversal. Karena laju geser yang tinggi pada dinding atau lapisan beku, serat disejajarkan sejajar dengan aliran. Ketebalan lapisan yang sangat berorientasi ini tergantung pada ketebalan lapisan beku dan profil kecepatan.
Bagaimana sampel untuk percobaan disiapkan dan diukur?
Untuk pengukuran TMA di NETZSCH Analyzing & Testing, sampel dipotong sesuai dengan Gambar 1 (a) untuk mempelajari pengaruh orientasi serat pada koefisien ekspansi termal. Orientasi serat dominan yang diharapkan digambarkan dalam sampel (b).
Sampel diukur dengan TMA 402 F3 Hyperion®Polymer Edition yang baru. Setelah langkah pendinginan awal, suhu dinaikkan dari -70 hingga 300°C dengan laju pemanasan 5 K/menit. Koefisien ekspansi termal dihitung dengan menggunakan analisis Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu bahan sebagai fungsi suhu. CTE rata-rata (m. Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu bahan sebagai fungsi suhu. CTE), yang menghitung kemiringan antara dua titik data. Semua kondisi pengukuran dirangkum dalam tabel berikut:
Tabel 1: Kondisi pengukuran
| Tempat sampel | Pemuaian, terbuat dari SiO2 |
| Beban sampel | 50 mN |
| Atmosfer | N2 |
| Laju aliran gas | 50 ml / menit |
| Kisaran suhu | -70 ... 300°C pada laju pemanasan 5 K/menit |
Bagaimana ekspansi termal berkorelasi dengan medan aliran?
Hasilnya ditunjukkan pada Gambar 3. Seperti yang diharapkan, CTE di atas Tg lebih tinggi daripada di bawah Tg; untuk sampel-sampel ini, CTE-nya sekitar dua kali lipat. Terlihat bahwa CTE sampel 3 adalah yang terendah dan sampel 2 memiliki nilai tertinggi. Sampel 1 berada di antara keduanya. Tren yang sama antar sampel terlihat pada Tg. Sampel 2 yang paling didominasi oleh perilaku matriks dibandingkan dengan sampel lainnya memiliki Tg yang sama yaitu 143°C seperti yang tercantum pada lembar data (diukur dengan DSC). Sampel 1 yang menunjukkan lebih banyak efek serat dalam CTE memiliki Tg yang lebih tinggi yaitu 152°C, yang mengindikasikan kekakuan yang lebih tinggi yang diperkenalkan oleh serat. Hal ini dapat dideteksi dalam TMA, karena mengukur respons mekanis. Sampel 3 sangat didominasi oleh serat dan oleh karena itu, Tg hampir tidak terlihat dan tidak dianalisis.
Tabel 2: Rangkuman Tg yang dihasilkan
| Sampel 1 (merah) | Sampel 2 (biru) | Sampel 3 (hijau) | |
| Tg [°C] | 152 | 143 | - |
| CTE <Tg [10-6 K-1] | 8.05 | 13.47 | 2.79 |
| CTE > Tg [10-6 K-1] | 19.92 | 29.56 | 4.65 |
Dari pengukuran CTE serta teori orientasi serat pada bidang aliran, orientasi serat yang dominan pada sampel dapat disimpulkan, Gambar 1 b. Terlihat bahwa karena sampel yang tipis, efek dari lapisan beku tampak dominan pada sampel 2 dan 3. Mayoritas serat berorientasi pada arah aliran x. Oleh karena itu, sampel 3 menghasilkan CTE terendah (pengukuran pada aliran dan arah serat) dan sampel 2 menghasilkan nilai tertinggi (pengukuran tegak lurus terhadap aliran dan arah serat).
Studi ini menunjukkan pentingnya menganalisis Koefisien Ekspansi Termal bahan yang diisi berdasarkan orientasi pengisi, yang dipengaruhi oleh medan aliran selama pencetakan injeksi.
Catatan aplikasi lengkap dengan perbandingan lembar data pabrikan dan pengukuran dengan TMA 402 yang baru F3 Hyperion® Edisi Polimer tersedia di sini!
Tentang Neue Materialien Bayreuth GmbH
Neue Materialien Bayreuth GmbH adalah perusahaan riset non-akademis yang mengembangkan berbagai material baru untuk konstruksi ringan, mulai dari polimer dan komposit yang diperkuat serat hingga logam, termasuk pengolahannya. Mereka menyediakan solusi berorientasi aplikasi dengan mengoptimalkan bahan yang tersedia dan proses produksi.
