Wprowadzenie
System żywic opracowany przez Europejskie Centrum Technologii Dyspersyjnych (EZD) został skrupulatnie zaprojektowany do użytku w różnych zastosowaniach, w tym w tuszach, powłokach i produkcji dodatków. Kluczowe dla jego wydajności jest zrozumienie jego zachowania podczas utwardzania, które jest analizowane poprzez badania kinetyczne modułu magazynowania. Utwardzanie promieniami UV, obejmujące Utwardzanie (reakcje sieciowania)W dosłownym tłumaczeniu termin "sieciowanie" oznacza "tworzenie sieci". W kontekście chemicznym stosuje się go do reakcji, w których cząsteczki są łączone ze sobą poprzez wprowadzenie wiązań kowalencyjnych i tworzenie trójwymiarowych sieci. reakcje sieciowania, które tworzą wiązania kowalencyjne i trójwymiarowe sieci, jest kluczową cechą tej żywicy. Moduł magazynowania, miara sztywności materiału podczas utwardzania, zapewnia krytyczny wgląd w kinetykę utwardzania i pomaga przewidzieć zachowanie żywicy w różnych warunkach. Łącząc Utwardzanie (reakcje sieciowania)W dosłownym tłumaczeniu termin "sieciowanie" oznacza "tworzenie sieci". W kontekście chemicznym stosuje się go do reakcji, w których cząsteczki są łączone ze sobą poprzez wprowadzenie wiązań kowalencyjnych i tworzenie trójwymiarowych sieci. utwardzanie promieniami UV z termicznym utwardzaniem końcowym, system żywicy osiąga optymalne właściwości materiału, takie jak twardość, elastyczność i odporność chemiczna. Takie podejście nie tylko zapewnia szybkie i wydajne Utwardzanie (reakcje sieciowania)W dosłownym tłumaczeniu termin "sieciowanie" oznacza "tworzenie sieci". W kontekście chemicznym stosuje się go do reakcji, w których cząsteczki są łączone ze sobą poprzez wprowadzenie wiązań kowalencyjnych i tworzenie trójwymiarowych sieci. utwardzanie, ale także zwiększa wydajność w zastosowaniach w różnych branżach, takich jak druk, obróbka drewna, motoryzacja, elektronika, technologia medyczna, optyka, lotnictwo i kosmonautyka oraz pakowanie żywności. Analiza kinetyczna modułu magazynowania pozwala na precyzyjne przewidywanie zachowania żywicy podczas utwardzania.
Warunki pomiaru
Próbki zostały wyprodukowane przy użyciu druku 3D w SKZKFE gGmbH i przeanalizowane za pomocą NETZSCH DMA 303 Eplexor® (rysunek 1). Najważniejsze parametry pomiarowe podsumowano w tabeli 1.
Tabela 1: Warunki pomiaru DMA 303 Eplexor®
| Uchwyt próbki | 3-punktowe zginanie, elastyczne wsporniki 30 mm |
|---|---|
| Grubość próbki | Około 2 mm |
| Szerokość próbki | Około 10 mm |
| Maksymalna siła dynamiczna | 10 N |
| Amplituda dynamiczna | 50 μm |
| Częstotliwość | 1 Hz |
| Szybkość nagrzewania | 5 K/min |
| Temperatura docelowa | 180°C, 200°C, 210°C i 220°C |
| Segment IzotermicznyTesty w kontrolowanej i stałej temperaturze nazywane są izotermicznymi.izotermiczny | 5 h, każdy w temperaturze docelowej |
Wyniki pomiarów i dyskusja
Aby określić idealną temperaturę utwardzania dla nowego systemu żywicy, próbki ogrzewano z prędkością 5 K/min od temperatury pokojowej do temperatur docelowych odpowiednio 180°C, 200°C, 210°C i 220°C, a następnie utrzymywano izotermicznie przez 5 godzin po osiągnięciu temperatury w celu przeanalizowania możliwego wzrostu modułu sprężystości podczas czasu utrzymywania; patrz rysunek 2.
Można zauważyć, że wraz ze wzrostem temperatury utwardzania (segmenty izotermiczne) można osiągnąć wyższe wartości modułu, a wzrost następuje również szybciej w wyższych temperaturach. Dopiero w temperaturze 220°C (niebieska krzywa) pojawia się negatywny efekt. Po początkowym wzroście wartości modułu, zaczyna on spadać po około 80 minutach całkowitego czasu pomiaru, co jest wskaźnikiem kruchości materiału. Można zatem założyć, że w temperaturze 220°C dochodzi już do uszkodzenia materiału.
Osiągalne wartości modułu po 300 minutach wykazują znaczny wzrost wraz ze wzrostem temperatury. Jednak różnica ta nie jest tak znacząca między 200°C (czerwona krzywa) a 210°C (zielona krzywa).
Analiza kinetyczna reakcji po utwardzeniu
Oprogramowanie Kinetics Neo pozwala na określenie parametrów kinetycznych reakcji chemicznej. Umożliwia również przewidywanie modułu magazynowania na podstawie właściwości mechanicznych przy użyciu dynamicznej analizy mechanicznej (DMA). Pomiary do analizy kinetycznej są przeprowadzane w różnych temperaturach izotermicznych i pokazane na rysunku 2.
Korzystając z tych pomiarów, Kinetics Neo jest w stanie określić liczbę etapów opisujących reakcję utwardzania. Dla każdego z tych etapów oprogramowanie oblicza również parametry kinetyczne, tj. typ reakcji, energię aktywacji i kolejność reakcji.
Rysunek 3 przedstawia pomiary przeprowadzone w różnych temperaturach izotermicznych po usunięciu linii bazowej. Pozioma linia bazowa jest używana począwszy od punktu o minimalnej wartości E'. Ponieważ pomiary mechaniczne wskazują już na reakcję jednoetapową, do analizy kinetycznej wybrano model z autokatalizą Cn, n-tego rzędu.
Rysunek 3 przedstawia zmierzone krzywe jako symbole i dopasowanie modelu jako linie ciągłe.
Dopasowanie modelu jest obliczane dla temperatury użytej w eksperymencie za pomocą oprogramowania Kinetics Neo. Tabela 2 przedstawia optymalne parametry kinetyczne użyte do obliczeń. Odchylenie między zmierzonymi i obliczonymi krzywymi wskazuje na różnice w przygotowaniu próbki. Jednak wysoki współczynnik determinacji R2 = 0,995 wskazuje na silną zgodność między modelem a danymi eksperymentalnymi.
Tabela 2: Parametry kinetyczne obliczone przez Kinetics Neo
| Krok 1 (Jednostki) | |
| Energia aktywacji | 50.319 (kJ/mol) |
| Log(PreExp) | 2.591 log (s-1) |
| ReactOrder n | 2.591 |
| Log (AutocatPreexp) | 0.01 log (s-1) |
| Wkład | 1 |
Symulacja utwardzania dla warunków specyficznych dla użytkownika
W oparciu o wyznaczone parametry kinetyki, Kinetics Neo jest w stanie obliczyć zachowanie próbki dla dowolnych warunków czasowych/temperaturowych, zbliżonych do temperatur eksperymentalnych.
Jako przykład, rysunki 4 i 5 przedstawiają stopień utwardzenia żywicy w różnych temperaturach izotermicznych od 180°C do 215°C przez odpowiednio 5 godzin i 10 godzin. Zgodnie z oczekiwaniami, Utwardzanie (reakcje sieciowania)W dosłownym tłumaczeniu termin "sieciowanie" oznacza "tworzenie sieci". W kontekście chemicznym stosuje się go do reakcji, w których cząsteczki są łączone ze sobą poprzez wprowadzenie wiązań kowalencyjnych i tworzenie trójwymiarowych sieci. utwardzanie zachodzi szybciej w wyższych temperaturach.
Aby zapewnić całkowite utwardzenie, potrzebny jest dłuższy czas. Na przykład po 5 godzinach stopień utwardzenia osiąga 0,940, a po 16 godzinach 0,972. Pełne utwardzenie może zająć kilka godzin lub dni, w zależności od temperatury.
Wnioski
Właściwości mechaniczne systemu żywicy utwardzanej promieniowaniem UV po utwardzeniu termicznym oceniano za pomocą dynamicznej analizy mechanicznej (DMA). Pomiary izotermiczne przeprowadzono w różnych temperaturach: 180°C, 200°C, 210°C i 220°C. Dane przeanalizowano za pomocą oprogramowania Kinetics Neo i opracowano model kinetyki do przewidywania stopnia utwardzenia. Model ten można zastosować nie tylko do zmierzonych temperatur i czasów trwania, ale także do warunków, które nie zostały przetestowane eksperymentalnie. W rezultacie umożliwia on identyfikację parametrów, które osiągają określony stopień utwardzenia w najkrótszym czasie lub w najniższej temperaturze, w zależności od celu optymalizacji. Takie podejście zmniejsza liczbę wymaganych testów fizycznych, oszczędzając zarówno czas, jak i koszty, jednocześnie przyspieszając cały proces dla użytkowników.
Korzyści z analizy kinetycznej
Niższe koszty eksperymentów
Kinetics Neo oprogramowanie zmniejsza potrzebę przeprowadzania licznych i kosztownych prób fizycznych poprzez optymalizację liczby wymaganych testów. Pozwala to klientom zaoszczędzić czas i pieniądze, jednocześnie przyspieszając cały proces.
Optymalizacja cykli utwardzania
Oprogramowanie pomaga Identify optymalną temperaturę i czas utwardzania końcowego, aby osiągnąć najlepszą konwersję materiału. Zapewnia to wydajność produkcji, zapobiegając takim problemom jak nadmierne lub niedostateczne Utwardzanie (reakcje sieciowania)W dosłownym tłumaczeniu termin "sieciowanie" oznacza "tworzenie sieci". W kontekście chemicznym stosuje się go do reakcji, w których cząsteczki są łączone ze sobą poprzez wprowadzenie wiązań kowalencyjnych i tworzenie trójwymiarowych sieci. utwardzanie.
Personalizacja i elastyczność
Klienci mogą dostosować proces utwardzania, aby spełnić określone wymagania aplikacji, niezależnie od tego, czy potrzebują materiałów bardziej elastycznych, czy sztywniejszych. Ta elastyczność zapewnia, że produkt końcowy jest idealnie dopasowany do ich potrzeb, zmniejszając potrzebę dodatkowych prób.