07.10.2020 by Dr. Natalie Rudolph
O que as medições de TMA podem dizer sobre a orientação do enchimento na moldagem por injeção
Os enchimentos há muito tempo desempenham um papel importante no setor de fabricação de polímeros. Uma propriedade importante para medir como o material preenchido muda de comprimento ao ser aquecido ou resfriado é o coeficiente de expansão térmica. O conhecimento sobre esse comportamento do material é necessário para poder determinar valores importantes de projeto. Saiba como o campo de fluxo e a preparação da amostra influenciam a propriedade e veja como são realizadas as medições com o TMA 402 F3 Hyperion® Polymer Edition.
Há muito tempo, os enchimentos desempenham um papel importante no setor de fabricação de polímeros. Inicialmente adicionados para reduzir os preços dos materiais, eles agora são usados principalmente por suas outras vantagens: Os enchimentos podem diminuir o encolhimento, aumentar a rigidez e, às vezes, melhorar a aparência.
Uma propriedade importante para medir como o material preenchido muda de comprimento ao ser aquecido ou resfriado é o coeficiente de expansão térmica, α, ouCoeficiente de Expansão Térmica Linear (CLTE/CTE)O coeficiente de expansão térmica linear (CLTE) descreve a mudança de comprimento de um material como uma função da temperatura. CTE (coeficiente de expansão térmica). O conhecimento sobre esse comportamento do material é necessário para determinar os valores de projeto, como encolhimento ou compatibilidade entre os parceiros de união do produto final.
No entanto, oCoeficiente de Expansão Térmica Linear (CLTE/CTE)O coeficiente de expansão térmica linear (CLTE) descreve a mudança de comprimento de um material como uma função da temperatura. CTE é sensível à orientação do enchimento na peça moldada. Essa orientação depende muito do campo de fluxo, que descreve como o material preenche o molde. Portanto, é de se esperar que haja valores diferentes para oCoeficiente de Expansão Térmica Linear (CLTE/CTE)O coeficiente de expansão térmica linear (CLTE) descreve a mudança de comprimento de um material como uma função da temperatura. CTE na peça moldada. Este artigo tem o objetivo de investigar essa suposição. Para esse estudo, uma resina PEEK de baixa viscosidade com 40 vol% de fibras curtas de carbono foi moldada por injeção em um molde de placa de 80 x 80 mm e 2 mm de espessura na Neue Materialien Bayreuth. Uma porta de filme foi usada para obter uma frente de fluxo mais uniforme e reduzir a quebra de fibras, que poderia ocorrer por meio de uma porta mais fina.
Como o material fundido flui para o molde?
A Figura 1 mostra um esquema da placa de amostra (a), bem como o perfil de velocidade ao longo da espessura da peça e o fluxo da fonte na frente deTemperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão (b) e a orientação da fibra resultante (c).
Devido ao gradiente de velocidade, diferentes forças e momentos atuam sobre as fibras e levam a uma orientação característica da fibra dentro da peça. No centro da peça, as fibras são orientadas perpendicularmente à direção do fluxo devido ao fluxo extensional e transversal. Devido às altas taxas de cisalhamento na parede ou na camada congelada, as fibras são alinhadas paralelamente ao fluxo. A espessura dessa camada altamente orientada depende da espessura da camada congelada e do perfil de velocidade.
Como as amostras do experimento foram preparadas e medidas?
Para as medições de TMA em NETZSCH Analyzing & Testing, as amostras foram cortadas de acordo com a Figura 1 (a) para estudar o efeito da orientação da fibra no coeficiente de expansão térmica. A orientação dominante esperada da fibra é mostrada nas amostras (b).
As amostras foram medidas com o novo TMA 402 F3 Hyperion®Polymer Edition. Após uma etapa inicial de resfriamento, a temperatura foi aumentada de -70 a 300°C a uma taxa de aquecimento de 5 K/min. O coeficiente de expansão térmica foi calculado usando a análiseCoeficiente de Expansão Térmica Linear (CLTE/CTE)O coeficiente de expansão térmica linear (CLTE) descreve a mudança de comprimento de um material como uma função da temperatura. CTE média (m. CTE), que calcula a inclinação entre dois pontos de dados. Todas as condições de medição estão resumidas na tabela a seguir:
Tabela 1: Condições de medição
| Suporte da amostra | Expansão, feito de SiO2 |
| Carga da amostra | 50 mN |
| Atmosfera | N2 |
| Taxa de fluxo de gás | 50 ml/min |
| Faixa de temperatura | -70...300°C a uma taxa de aquecimento de 5 K/min |
Como a expansão térmica se correlaciona com o campo de fluxo?
Os resultados são mostrados na Figura 3. Como esperado, aCoeficiente de Expansão Térmica Linear (CLTE/CTE)O coeficiente de expansão térmica linear (CLTE) descreve a mudança de comprimento de um material como uma função da temperatura. CTE acima da Tg é maior do que abaixo da Tg; para essas amostras, ela é aproximadamente o dobro. É possível observar que as CTEs da amostra 3 são as mais baixas e a amostra 2 tem os valores mais altos. A amostra 1 está no meio. A mesma tendência entre as amostras é observada na Tg. A amostra 2, que é mais dominada pelo comportamento da matriz em comparação com as outras amostras, tem a mesma Tg de 143°C, conforme listado na folha de dados (medida com um DSC). A amostra 1, que mostra mais efeito da fibra no CTE, tem uma Tg mais alta de 152°C, o que indica a maior rigidez introduzida pelas fibras. Isso pode ser detectado em um TMA, pois ele mede uma resposta mecânica. A amostra 3 é fortemente dominada pelas fibras e, portanto, a Tg é pouco visível e não foi analisada.
Tabela 2: Resumo da Tg resultante
| Amostra 1 (vermelho) | Amostra 2 (azul) | Amostra 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 |
A partir das medições de CTE, bem como da teoria da orientação da fibra no campo de fluxo, a orientação dominante da fibra nas amostras pode ser deduzida, Figura 1 b. Pode-se observar que, devido às amostras finas, o efeito da camada congelada parece ser dominante nas amostras 2 e 3. A maioria das fibras está orientada na direção do fluxo x. Portanto, a amostra 3 produz o menor CTE (medição no fluxo e na direção da fibra) e a amostra 2 os valores mais altos (medição perpendicular ao fluxo e à direção da fibra).
O estudo mostrou a importância de analisar o Coeficiente de Expansão Térmica de materiais com enchimento com base na orientação do enchimento, que é influenciada pelo campo de fluxo durante a moldagem por injeção.
A nota de aplicação completa com uma comparação da folha de dados do fabricante e as medições com o novo TMA 402 F3 Hyperion® Polymer Edition está disponível aqui!
Sobre a Neue Materialien Bayreuth GmbH
arcANeue Materialien Bayreuth GmbH é uma empresa não acadêmica que desenvolve vários materiais novos para construções leves, desde polímeros e compostos reforçados com fibras até metais, incluindo também o processamento. Eles fornecem soluções orientadas para aplicações, otimizando os materiais disponíveis e os processos de produção.
