20.07.2023 by Prof. Dr. Ing. Sascha Englich
Reocinetica - Comportamentul specific procesului de întărire prin curgere al compușilor de turnare termorezistenți
Termenul de reocinetică este utilizat pentru a descrie comportamentul reologic dependent de reacție al materialelor termorezistente, care este de mare importanță, de exemplu, în prelucrarea compușilor de turnare termorezistenți (turnare prin injecție, turnare prin transfer).
Prof. Dr. Ing. Sascha Englich este profesor de ingineria materialelor plastice la Universitatea Steinbeis din Berlin și expert pentru materiale plastice și tehnologia proceselor la Schwarz Plastic Technologies*. Ca parte a noii serii de bloguri pentru optimizarea turnării prin injecție a rășinilor epoxidice prin intermediul calorimetriei diferențiale de scanare și al reologiei, el a prezentat deja rapoarte privind: Turnarea prin injecție a termoseturilor în E-Mobility, Rășini epoxidice - polimeri reactivi ca bază pentru compușii turnabili prin injecție și Analiza DSC pe termoseturi. A patra parte a seriei noastre de bloguri este despre reocinetică.
Termenul de reocinetică este utilizat pentru a descrie comportamentul reologic dependent de reacție al materialelor termorezistente, care este de mare importanță, de exemplu, în prelucrarea compușilor de turnare termorezistenți (turnare prin injecție, turnare prin transfer). Classic monitorizarea simplificată a comportamentului de fluidizare se bazează, de obicei, pe o așa-numită curbă "U" a vâscozității/ fluidității, care este menită să reprezinte relația dintre scăderea inițială a vâscozității datorată creșterii temperaturii și creșterea ulterioară a vâscozității datorată reticulării moleculare progresive (figura 1).
Despre comportamentul de fluidizare-polimerizare al unui compus de turnare termorezistent
Aplicată la un proces de fabricație real, această interacțiune chimică-fizică conduce la un proces mult mai complex. Figura 2 prezintă schema comportamentului de curgere în flux al unui compus de turnare termorezistent (de exemplu, rășină epoxidică sau rășină fenolică) prin intermediul unui ciclu de turnare prin injecție. Rigiditatea materialului (corespunzătoare vâscozității în stare topită) prezintă curbe caracteristice în fiecare fază a procesului. În timpul plasticizării, temperatura masei este crescută sistematic de încălzitorul butoiului și de frecare (rotația șurubului) până la depășirea intervalului de tranziție vitroasă a rășinii amorfe (figura 2, grafic galben). Materialul este acum în stare topită. În mod ideal, temperatura este selectată/ajustată la o vâscozitate cât mai scăzută posibil, evitând în același timp întărirea (a se vedea articolul de pe blog "Analiza DSC a termosistemelor - Aplicarea metodologiei de măsurare adecvate pentru diferite tipuri de rășini").
Stările procesului în timpul turnării prin injecție
În timpul fazei de injectare, pe măsură ce materialul curge prin duza mașinii, frecarea încălzește materialul până la o temperatură de întărire relevantă într-un timp scurt. Prin urmare, reticularea moleculară are loc la o rată accelerată începând din acest moment (figura 2, curba albastră). În același timp, această creștere a temperaturii duce la o reducere semnificativă a vâscozității. Această fază de proces relativ scurtă este importantă pentru eficiența și calitatea procesului, deoarece definește umplerea matriței(reologie) pe lângă timpul de întărire (dinamica reacției). În timpul fazei de post-presiune, vâscozitatea continuă inițial să scadă datorită creșterii temperaturii (încălzirea matriței, inclusiv o reacție de reticulare ExotermicO tranziție de probă sau o reacție este exotermă dacă generează căldură.exotermică) și, în cele din urmă, crește pe măsură ce reticulația progresează, materialul revenind la starea solidă (faza de întărire). Materialul/componentul este ejectat din matriță în stare solidă, fierbinte. Pragul pentru temperatura de tranziție vitroasă specifică reticulării este atins mai întâi în timpul răcirii.
Cunoașterea comportamentului de curgere în flux specific materialului este de o importanță fundamentală pentru proiectarea componentelor și a proceselor. De exemplu, încapsularea componentelor electronice necesită umplerea matriței cu presiune redusă pentru a nu deteriora componentele electronice sensibile. În același timp, spațiile foarte înguste trebuie adesea umplute complet (figura 4). Acest lucru necesită materiale cu o vâscozitate deosebit de scăzută în timpul umplerii matriței (în principal compuși speciali din rășină epoxidică) în legătură cu proiectarea adecvată a matriței și a procesului.
Un alt punct important în care proprietățile reocinetice joacă un rol important este formarea structurii umpluturii, de exemplu orientarea fibrelor. Se formează două orientări diferite ale straturilor (figura 5). Există două straturi de margine, în care fibrele sunt orientate în principal paralel cu direcția de curgere (zone de forfecare), și un strat central în care fibrele sunt orientate în principal perpendicular pe direcția de curgere (zonă de extensie laterală). Proporțiile corespunzătoare ale straturilor orientate deasupra secțiunii transversale influențează semnificativ proprietățile mecanice în diferite direcții de încărcare. Acestea sunt influențate de comportamentul reocinetic al materialului, în plus față de proiectarea matriței și a procesului.
Metode de simulare a procesării
Ambele scenarii de aplicare menționate mai sus demonstrează importanța cunoașterii comportamentului reocinetic al compușilor de turnare termorezistenți pentru a realiza o selecție optimă a materialelor, a matrițelor și a procesului de proiectare. Utilizarea metodelor de simulare a procesării (figura 6) este, de asemenea, importantă pentru a evita testele experimentale de încercare și eroare. Prin urmare, comportamentul reocinetic al materialului trebuie determinat printr-o combinație de DSC și reometrie și pus la dispoziție prin modele matematice în software-ul de simulare a procesării ca "bază de calcul".
O opțiune într-o măsurare reologică este utilizarea rotației/oscilației, caracteristica specială, care va fi prezentată în detaliu în timpul analizei compușilor de turnare termorezistenți în articolul următor.
O opțiune într-o măsurare reologică este utilizarea rotației / oscilației, caracteristica specială, care va fi prezentată în detaliu în timpul analizei compușilor de turnare termorezistenți în următorul articol. Rămâneți pe recepție!
*Schwarz Plastic Technologies este o companie de consultanță pentru provocările specifice din industria maselor plastice, cu accent pe inginerie, tehnologia proceselor și marketingul specific maselor plastice.
