07.10.2020 by Dr. Natalie Rudolph
Cosa possono dire le misure TMA sull'orientamento del riempimento nello stampaggio a iniezione
I riempitivi svolgono da tempo un ruolo importante nell'industria di produzione dei polimeri. Una proprietà importante per misurare come il materiale riempito cambia in lunghezza quando viene riscaldato o raffreddato è il coefficiente di espansione termica. La conoscenza di questo comportamento del materiale è necessaria per poter determinare importanti valori di progetto. Scoprite come il campo di flusso e la preparazione del campione influenzano la proprietà e vedete come vengono effettuate le misure con il TMA 402 F3 Hyperion® Polymer Edition.
I riempitivi svolgono da tempo un ruolo importante nell'industria di produzione dei polimeri. Inizialmente aggiunti per ridurre i prezzi dei materiali, sono ora utilizzati principalmente per i loro altri vantaggi: I riempitivi possono ridurre il ritiro, aumentare la rigidità e talvolta migliorare l'aspetto.
Una proprietà importante per misurare come il materiale riempito cambia in lunghezza quando viene riscaldato o raffreddato è il coefficiente di espansione termica, α, oCoefficiente di espansione termica lineare (CLTE/CTE)Il coefficiente di espansione termica lineare (CLTE) descrive la variazione di lunghezza di un materiale in funzione della temperatura. CTE (coefficiente di espansione termica). La conoscenza di questo comportamento del materiale è necessaria per poter determinare i valori di progetto, come il ritiro o la compatibilità tra i partner di giunzione del prodotto finale.
Tuttavia, ilCoefficiente di espansione termica lineare (CLTE/CTE)Il coefficiente di espansione termica lineare (CLTE) descrive la variazione di lunghezza di un materiale in funzione della temperatura. CTE è sensibile all'orientamento del riempimento nel pezzo stampato. Tale orientamento dipende fortemente dal campo di flusso, che descrive il modo in cui il materiale riempie lo stampo. Pertanto, è lecito attendersi valori diversi delCoefficiente di espansione termica lineare (CLTE/CTE)Il coefficiente di espansione termica lineare (CLTE) descrive la variazione di lunghezza di un materiale in funzione della temperatura. CTE nel pezzo stampato. Il presente articolo si propone di verificare questa ipotesi. Per questo studio, una resina PEEK a bassa viscosità con 40 vol% di fibre corte di carbonio è stata stampata a iniezione in uno stampo a piastra di 80 x 80 mm e 2 mm di spessore presso Neue Materialien Bayreuth. È stato utilizzato un gate a film per ottenere un fronte di flusso più uniforme e ridurre la rottura delle fibre, che potrebbe verificarsi con un gate più sottile.
Come scorre il materiale fuso nello stampo?
La Figura 1 mostra uno schema della piastra campione (a) e il profilo di velocità lungo lo spessore del pezzo, nonché il flusso della fontana sul fronte diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione (b) e l'orientamento delle fibre risultante (c).
A causa del gradiente di velocità, forze e momenti diversi agiscono sulle fibre e portano a un orientamento caratteristico delle fibre all'interno del pezzo. Al centro del pezzo, le fibre sono orientate perpendicolarmente alla direzione del flusso a causa del flusso estensionale e trasversale. A causa delle elevate velocità di taglio in corrispondenza della parete o dello strato congelato, le fibre sono allineate parallelamente al flusso. Lo spessore di questo strato altamente orientato dipende dallo spessore dello strato congelato e dal profilo di velocità.
Come sono stati preparati e misurati i campioni per l'esperimento?
Per le misurazioni TMA presso NETZSCH Analyzing & Testing, i campioni sono stati tagliati secondo la Figura 1 (a) per studiare l'effetto dell'orientamento delle fibre sul coefficiente di espansione termica. L'orientamento dominante delle fibre previsto è rappresentato nei campioni (b).
I campioni sono stati misurati con il nuovo TMA 402 F3 Hyperion®Polymer Edition. Dopo una fase iniziale di raffreddamento, la temperatura è stata aumentata da -70 a 300°C con una velocità di riscaldamento di 5 K/min. Il coefficiente di espansione termica è stato calcolato utilizzando l'analisiCoefficiente di espansione termica lineare (CLTE/CTE)Il coefficiente di espansione termica lineare (CLTE) descrive la variazione di lunghezza di un materiale in funzione della temperatura. CTE media (m. CTE), che calcola la pendenza tra due punti dati. Tutte le condizioni di misura sono riassunte nella tabella seguente:
Tabella 1: Condizioni di misura
| Supporto del campione | Espansione, in SiO2 |
| Carico del campione | 50 mN |
| Atmosfera | N2 |
| Portata del gas | 50 ml/min |
| Intervallo di temperatura | -70...300°C a una velocità di riscaldamento di 5 K/min |
Come si correla l'espansione termica al campo di flusso?
I risultati sono riportati nella Figura 3. Come previsto, ilCoefficiente di espansione termica lineare (CLTE/CTE)Il coefficiente di espansione termica lineare (CLTE) descrive la variazione di lunghezza di un materiale in funzione della temperatura. CTE al di sopra dellaTg è più alto di quello al di sotto dellaTg; per questi campioni è circa il doppio. Si può notare che i CTE del campione 3 sono i più bassi e il campione 2 ha i valori più alti. Il campione 1 si colloca nel mezzo. La stessa tendenza tra i campioni è osservabile nellaTg. Il campione 2, che è maggiormente dominato dal comportamento della matrice rispetto agli altri campioni, ha la stessaTg di 143°C indicata nella scheda tecnica (misurata con un DSC). Il campione 1, che mostra un maggiore effetto delle fibre nel CTE, ha unaTg più alta di 152°C, che indica la maggiore rigidità introdotta dalle fibre. Questo può essere rilevato in un TMA, perché misura una risposta meccanica. Il campione 3 è fortemente dominato dalle fibre e quindi laTg è poco visibile e non è stata analizzata.
Tabella 2: Sintesi delleTg risultanti
| Campione 1 (rosso) | Campione 2 (blu) | Campione 3 (verde) | |
| 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 |
Dalle misurazioni del CTE e dalla teoria dell'orientamento delle fibre nel campo di flusso, è possibile dedurre l'orientamento dominante delle fibre nei campioni, Figura 1 b. Si può notare che, a causa dei campioni sottili, l'effetto dello strato congelato sembra essere dominante nei campioni 2 e 3. La maggior parte delle fibre è orientata nella direzione del flusso x. Pertanto, il campione 3 produce il CTE più basso (misurazione nel flusso e nella direzione delle fibre). La maggior parte delle fibre è orientata nella direzione del flusso x. Pertanto, il campione 3 produce il CTE più basso (misurazione nella direzione del flusso e delle fibre) e il campione 2 i valori più alti (misurazione perpendicolare alla direzione del flusso e delle fibre).
Lo studio ha dimostrato l'importanza di analizzare il coefficiente di espansione termica dei materiali caricati in base all'orientamento del riempitivo, che è influenzato dal campo di flusso durante lo stampaggio a iniezione.
La nota applicativa completa con un confronto tra la scheda tecnica del produttore e le misurazioni con il nuovo TMA 402 F3 Hyperion® Polymer Edition è disponibile qui!
Informazioni su Neue Materialien Bayreuth GmbH
Neue Materialien Bayreuth GmbH è una società di ricerca non accademicaarch che sviluppa diversi materiali innovativi per le costruzioni leggere, dai polimeri e dai compositi rinforzati con fibre ai metalli, compresa la lavorazione. Fornisce soluzioni orientate all'applicazione ottimizzando i materiali e i processi produttivi disponibili.
