İşlenmemiş veriler üzerinde eğitim neden işe yarar? Doğal dereceden dereceye fark, kaymalardan daha büyüktürbozulmanın neden olduğu
Geri Dönüşümler, Bozunma ve DSC'nin Neden Uygun OlduğuTanımlama
Geri dönüşümlü ürünler kaçınılmaz olarak bir "işleme ve erken hizmet" geçmişi taşır. Çevresel etkilerle (sıcaklık döngüleri, UV, kimyasallar) birlikte termal, termo-oksidatif ve mekanik stresler zincir parçalanmasına, ara sıra dallanmaya veya çapraz bağlanmaya ve moleküler ağırlık dağılımında kaymalara neden olabilir. Sonuçlar arasında eriyik akışındaki değişiklikler ve bazen renk/koku yer alır. Örneğin, tekrarlanan ekstrüzyon PP veya HIPS'de zincir parçalanması nedeniyle MFI'yi artırabilirken, AYPE'de çapraz bağlanma birçok döngüden sonra baskın olabilir ve MFI'yi düşürebilir. Bu bozulma modları geri dönüşüm literatüründe iyi bir şekilde belirlenmiştir. [1].
DSC, bozunma meydana geldiğinde bile polimer ailelerini tanımlamak için uygun olmaya devam etmektedir: Birçok polimer için - özellikle poliolefinler - Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime/KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme parmak izi orta düzeyde yeniden işleme altında nispeten sağlamdır. Ölçülebilir bozunma sinyali tipik olarak bir aile içindeki doğal dereceden dereceye değişkenlikten daha küçüktür, bu da aşağıdaki PP sonuçlarını yorumlamak için temel bağlamdır.
bu zorlukların üstesinden gelmek ve DSC kullanarak polimer bileşiminin sağlam, tekrarlanabilir bir şekilde değerlendirilmesini sağlamak için Proteus® Now Quantify geliştirilmiştir. Bu yazılım, numuneler gerçekçi yaşlanma veya bozulma sergilediğinde bile DSC eğrilerinden kesin bileşimler, nitelikler ve karışım oranları türetmek için makine öğrenimi tabanlı modeller kullanır. Bu, numuneler gerçekçi yaşlanma veya bozulma durumları sergilediğinde bile DSC eğrilerinden anlaşılır ve karışım oranlarına dayanmaktadır. Bunun nedeni kapsamlı, özenle seçilmiş bir eğitim veri seti ve polimer ortamında makine öğrenimine yönelik özel olarak geliştirilmiş bir yaklaşımdır.
Proteus® Now Quantify etiket kalitesi kritik olduğundan, işlenmemiş malzemeler ve kalibre edilmiş karışımlar (bilinen bileşenler, bilinen kütle fraksiyonları) kullanılarak eğitilmiştir. Tüketim sonrası veya "bozulmuş" veri kümeleri genellikle belirsiz bileşimlere sahiptir (bilinmeyen karışımlar, çoklu katmanlar, eski stabilizatörler, kontaminasyon).
Bu kalibre edilmiş karışım verilerinin kullanılması gerçek aile dağılımını yakalar. Bu tasarım tercihi, modellerin potansiyel olarak yanlış bozulmuş etiketlere dayanmadan gerçekçi bir şekilde bozulmuş numunelere genelleştirilmesine olanak tanır.
Anahtar Çıkarımlar: Kalibre edilmiş karışım verilerinde mevcut olan çok çeşitli nitelikleri öğrendikleri için yeni malzeme kullanılarak eğitilmiş makine öğrenimi modellerinin kullanımı haklıdır. Ayrışmadan kaynaklanan tipik kaymalar bu değişkenlik aralığında yer alır.
PP Örneği Kullanılarak Bozulmanın DSC'de Nasıl Ortaya Çıktığı
Bir polimerin Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime davranışı, moleküler ağırlığı ve lamel yapısından etkilenir. Zincir parçalanması polimer zincirlerini kısaltır ve Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime sıcaklıklarını (Tm) düşürme eğilimindedir. PP için bu düşüş, işlenmemiş ve çoklu işlenmiş malzemeler arasında tipik olarak 2 ila 3°C'dir. Mütevazı olsa da, DSC'nin hassasiyeti göz önüne alındığında bu değişim hala önemlidir.
Estela ve arkadaşları [2], işlenmemiş ve yeniden işlenmiş PP'nin Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime endotermlerinin çoklu ekstrüzyon döngüleri boyunca hem tepe konumu hem de entalpi açısından neredeyse aynı kaldığını göstererek bunu doğrulamıştır. Bu, nihai kristal yapının ve Kristallik / Kristallik DerecesiKristallik, bir katının yapısal düzen derecesini ifade eder. Bir kristalde, atomların veya moleküllerin düzeni tutarlı ve tekrarlayıcıdır. Cam seramikler ve bazı polimerler gibi birçok malzeme, kristal ve amorf bölgelerin bir karışımını üretecek şekilde hazırlanabilir. kristallik derecesinin büyük ölçüde korunduğunu ve tekrarlanan termal ve mekanik StresStres, iyi tanımlanmış bir kesite sahip bir numune üzerine uygulanan kuvvet seviyesi olarak tanımlanır. (Stres = kuvvet/alan). Dairesel veya dikdörtgen kesitli numuneler sıkıştırılabilir veya gerilebilir. Kauçuk gibi elastik malzemeler orijinal uzunluklarının 5 ila 10 katına kadar gerilebilir.stres altında moleküler mimarinin kararlılığını yansıttığını gösterir.
Buna karşın, soğutma sırasındaki KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme ekzotermleri daha hassastır. Yeniden işlenen PP, moleküler ağırlık dağılımı ve çekirdeklenmedeki değişikliklerle tutarlı olarak başlangıçta, KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme sıcaklığında ve pik şeklinde ince kaymalar gösterir. Bunlar, Kinetics Neo [2] adresini kullanan kinetik çalışmalarında kanıtlanan moleküler ağırlık dağılımındaki veya çekirdeklenmedeki değişikliklerle tutarlıdır.
Estela'nın en sert işleme koşullarında (ekstrüder 250°C, 50 rpm), Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime eğrileri işlenmemiş halden 1-6 kat yeniden işleme kadar çok az değişirken, soğuma eğrileri hafifçe daha yüksek KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme sıcaklıklarına/başlangıcına kaymaktadır. En büyük değişiklik işlenmemiş → 1× → 2× arasında gerçekleşir; bunun ötesinde, ek kaymalar hem viskozite hem de kristalleşmede küçüktür ve bu koşullar altında moleküler ağırlık/lamellar yapıda bir alt sınıra yaklaşarak malzeme ile daha tutarlıdır. Bu yarı platoya ulaşıldığında, daha fazla bozulma ya çok yavaş ilerler ya da DSC'nin hassasiyetinin altında etkilere neden olur. DSC sonuçları şekil 1'de özetlenmiş ve yeniden çizilmiştir.
Anahtar Çıkarımlar: PP'nin yeniden işlenmesi, ~2 ila 3°C daha düşük Tm aralığında mütevazı DSC etkileri ve soğutma ekzoterminde sadece hafif kaymalar gösterir. Ayrıca burada, bakir eğitimli modeller, kalibre edilmiş karışım verilerinden geniş kalite yayılımını öğrendikleri için doğrulanmaktadır; tipik bozunma kaymaları bu değişkenlik içinde yer almaktadır.
Dereceden Dereceye Değişkenlik ve Bozulma (NedenVirgin Eğitim Çalışmaları)
PP yeniden işleme etkilerini kalite değişkenliğinin yanına yerleştirmek, eğitim stratejimizin arkasındaki mantığı vurgulamaktadır. Identify veritabanımızdan alınan large referans setinde (KIMW veritabanından >1200 polimer sınıfı dahil), PP sınıfları ~159,5 ila 168,7°C ve ΔHm ≈ 73 ila 114 J/g arasında değişen Tm göstermektedir - bu aralık yeniden işlemeden kaynaklanan ~2-3°C'lik kaymadan çok daha geniştir; tepe şekilleri bile sınıflar arasında farklılık göstermektedir. Bu nedenle, geri dönüştürülmüş bir PP genellikle kendi işlenmemiş muadilinden, iki ilgisiz işlenmemiş PP sınıfının birbirinden farklı olmasından daha az farklılık gösterir. Bu veri kümelerinin Identify adresinden bir alıntısı, şekil 1'deki işlenmemiş PP ile karşılaştırmalı olarak şekil 2'de gösterilmektedir.
Poliamidler için bozunma etkileri genellikle daha belirgindir. Literatür raporları, birden fazla yeniden işleme adımından sonra termal özelliklerde daha güçlü değişimler olduğunu göstermektedir çünkü PA gibi yoğunlaşma polimerleri, kristalliği daha büyük ölçüde değiştirebilen zincir parçalanmasına, nem alımına ve hidrolize karşı özellikle hassastır.
Yine de bu etkilerle bile, ölçülen değişiklikler tipik olarak PA6 kaliteleri arasında gözlemlenen geniş değişkenlik içinde kalır. Şekil 3, 215,2 ile 223,8°C arasında erime zirveleri ve ≈ 53 ile ≈ 112 J/g arasında erime entalpileri (yaklaşık 60 J/g'lık bir yayılım) ile PA6 kaliteleri arasındaki bu kalite değişkenliğini göstermektedir.
Anahtar Çıkarım: Sınıf dağılımı baskındır: Tm (~159,5 ila 168,7°C) ve ΔHm 'deki (≈ 73-114 J/g) PP kalite değişkenliği tipik yeniden işleme kaymalarını aşmaktadır.
Sonuç
Geri dönüşüm kaynaklı bozunmanın DSC parmak izini nasıl etkilediğini anlamak, veriye dayalı analiz için çok önemlidir. Yeni Proteus® Now Quantify yazılımı, mümkün olan en geniş polimer sınıfı ve kalibre edilmiş karışım yelpazesini kapsayan seçilmiş veri kümeleri kullanılarak eğitilmiştir. Bu, ML modellerinin hem içsel kalite değişkenliğini hem de bozunmanın neden olduğu daha küçük ancak sistematik kaymaları yakalamasını sağlar. Halihazırda 1.500'den fazla karma ambalaj polimeri veri setinin dahil olduğu Quantify Now, ek referans veriler elde edildikçe gelişmeye devam etmektedir.
Şeffaflık için, doğrulamaya dayalı olarak modelin o sınıf için beklenen hatasını özetlemek amacıyla polimer sınıfı başına bir RMSE (Ortalama Karesel Hatanın Kökü) rapor ediyoruz. Düşük RMSE, o aile için modelin beklenen doğruluğunun daha yüksek olduğunu gösterir. (Bu RMSE bir model kalitesi metriğidir, örnek başına güven puanı değildir.) Uygulama riskinin yüksek olduğu veya DSC sinyalinin belirsiz olduğu durumlarda, Now Quantify sonucunun yanı sıra TGA, FTIR veya reoloji gibi tamamlayıcı yöntemler kullanılmalıdır.