Giriş
Epoksi reçineler, kaplamalarda, yapısal yapıştırıcılarda ve elyaf takviyeli kompozit malzemelerde yaygın olarak kullanılan çok yönlü termoset polimerlerdir. Kimyasal olarak başlatılan polimerizasyon ve çapraz bağlanma reaksiyonları yoluyla kürlenirler. Kürlenme derecesi malzemenin termal, mekanik ve kimyasal özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, Kürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı ve üç boyutlu ağlar oluşturduğu reaksiyonlar için kullanılır. kürleme koşullarının hassas kontrolü, performansı optimize etmek, kusurları en aza indirmek ve verimli üretim sağlamak için çok önemlidir.
Dielektrik Analiz
Dielektrik Analiz (DEA), kürlenme durumunu gerçek zamanlı olarak izlemek için oldukça hassas bir yöntemdir. Bu uygulama notunda, NETZSCH Dielektrik Analiz (DEA) ve kinetik analiz, tahmin ve proses optimizasyonu için Kinetics Neo yazılımı kullanılarak farklı ısıtma hızlarında bir epoksi reçinenin kürlenme davranışı sunulmaktadır.
Şekil 1, çeşitli reaktif malzemelerin kürlenme davranışının yerinde ölçülmesini sağlayan Dielektrik Analiz (DEA) cihazını göstermektedir. Birden fazla sensör, sıcaklığın hassas bir şekilde ölçülmesini sağlayarak optimum performans ve kaliteyi garanti eder.
Ölçüm Koşulları
Ölçüm koşulları tablo 1'de listelenmiştir.
Tablo 1: Ölçüm koşulları
| Enstrüman | NETZSCH DEA 288 Ionic |
|---|---|
| Malzeme | Epoksi reçine |
| isıtma oranı | 1, 2 ve 3 K/dak |
| Sensör | Idex sensör |
| Frekans | 1 kHz |
Ölçüm Sonuçları ve Tartışma
Şekil 2, tablo 1'deki ölçüm parametreleri kullanılarak elde edilen 1 K/dak ısıtma hızındaki tipik deneysel veri eğrisini göstermektedir. Teğetsel taban çizgisi uygulanmıştır. Ionic viskozitesindeki ilk düşüş, ısıtma sırasında iyon viskozitesinin sıcaklığa bağlı olmasından kaynaklanmaktadır. Teğetsel (DEA Dinamik) taban çizgisi sıcaklığa bağlıdır ve İyon Viskozitesiİyon viskozitesi, dielektrik kayıp faktöründen hesaplanan iyon iletkenliğinin karşılıklı değeridir.iyon viskozitesi için Arrhenius aktivasyon enerjisi, Eav, varsayılarak exp(Eav/RT) olarak hesaplanır. Ancak, taban çizgisi parametreleri başlangıçta reaktanlar (solda) ve ürünler (sağda) için ayrı ayrı belirlenir. Nihai taban çizgisi, reaktan ve ürün taban çizgileri arasında sürekli olarak değişir ve daha sonra ölçülen verilerden çıkarılır. Sonuç olarak, analiz için veriler hem reaksiyondan önce hem de sonra yatay görünür (bkz. Şekil 3).
Şekil 3, 1, 2 ve 3 K/dak ısıtma hızlarında kürlenen epoksi reçine için deneysel log (İyon Viskozitesiİyon viskozitesi, dielektrik kayıp faktöründen hesaplanan iyon iletkenliğinin karşılıklı değeridir.iyon viskozitesi) verilerini sunmaktadır. İyon viskozitesi kürlenme sırasında keskin bir şekilde artar ve daha yüksek ısıtma hızları kürlenmenin başlangıcını daha yüksek sıcaklıklara kaydırır, bu da sürecin sıcaklığa bağlı olması nedeniyle farklı nihai viskozite değerlerine neden olur.
Kinetik Analiz
Dönüşüm Derecesi (İyileşme)
Dönüşüm derecesi, α, Kinetics Neo yazılımı tarafından DEA ölçümünden hesaplanır, burada α 0 ila 1 arasında değişir. Termal analizdeki ısıtma ölçümleri için dönüşüm, t zamanındaki termoanalitik etkinin aynı zaman noktasındaki toplam termoanalitik etkiye bölünmesi olarak tanımlanır. DEA için termoanalitik dönüşüm tanımı aşağıdaki gibidir:
ν0(t) kürlenmemiş reaktantın Log (İyon Viskozitesiİyon viskozitesi, dielektrik kayıp faktöründen hesaplanan iyon iletkenliğinin karşılıklı değeridir.iyon viskozitesi) için sıcaklığa bağlı taban çizgisidir
νfinal(t), kürlenmiş malzeme için Log (İyon Viskozitesiİyon viskozitesi, dielektrik kayıp faktöründen hesaplanan iyon iletkenliğinin karşılıklı değeridir.iyon viskozitesi) için sıcaklığa bağlı taban çizgisidir
ν(t) zaman noktasındaki mevcut iyon viskozitesidir, t
Şekil 4, 1, 2 ve 3 K/dak ısıtma hızlarında epoksi reçine için DEA ölçüm verilerini sunmaktadır. Kinetics Neo yazılımı kullanılarak bir kinetik model oluşturulmuş olup eşkenar dörtgen semboller deneysel verileri, düz çizgiler ise uydurulan eğrileri göstermektedir.
Epoksi reçine için kinetik parametreler Tablo 2'de ayrıntılı olarak verilmiştir.
Tablo 2: Epoksi reçine için kinetik parametreler
| Reaksiyon adımı | A → B |
|---|---|
| Reaksiyon tipi | Cn |
| Aktivasyon enerjisi | 81.85 |
Log (üssel öncesi faktör [Log/ (1/s)] | 7.49 |
| Reaksiyon düzeni | 1.11 |
| Log (Autocat ön üssel faktör [Log(1/s)] | 0.67 |
| Katkı | 1 |
| Belirleme katsayısı (R²) | 0.9995 |
İzotermal Tahmin
Kinetik model artık kürlenme sürecini zaman ve sıcaklığın bir fonksiyonu olarak tahmin etmek için uygulanabilir. Şekil 5, 50°C ila 150°C arasındaki farklı İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal koşullar altında bir epoksi reçinenin kürlenmesi için öngörülen dönüşüm derecesini göstermekte ve sıcaklığın kürlenme süreci üzerindeki etkisini ortaya koymaktadır. Düşük sıcaklıklarda kürlenme yavaş olurken, yüksek sıcaklıklar süreci hızlandırır; tam dönüşüm 150°C'de sadece 0,2 saat içinde hızla elde edilir (tablo 3).
Tablo 3: Sıcaklığa karşı kürlenme derecesi (α)
| Sıcaklık (°C) | Zaman (Saat) | Dönüşüm Derecesi (α) |
|---|---|---|
| 50 | 5 | 0.033 |
| 90 | 5 | 0.939 |
| 150 | 5 | 1 |
Süreç Optimizasyonu
Şekil 6(a), optimize edilmemiş bir sıcaklık profili altında, Kürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı ve üç boyutlu ağlar oluşturduğu reaksiyonlar için kullanılır. kürleme işleminin 108 dakika içinde 0,995'lik bir dönüşüme ulaştığını göstermektedir. Buna karşılık, Şekil 6(b) optimize edilmiş bir sıcaklık profili ile aynı dönüşüm seviyesine çok daha hızlı bir şekilde, %2/dak dönüşüm oranıyla sadece 45 dakika içinde ulaşıldığını ve bunun da Kürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı ve üç boyutlu ağlar oluşturduğu reaksiyonlar için kullanılır. kürleme süresini yaklaşık %58,3 oranında azalttığını göstermektedir. Optimize edilmiş sıcaklık profili, endüstriyel bir Kürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı ve üç boyutlu ağlar oluşturduğu reaksiyonlar için kullanılır. kürleme işlemi için tipik olan izotermleri takip eden iki ısıtma segmenti içerir.
(b) Epoksi reçinenin kürlenme süreci için optimize edilmiş sıcaklık profili (kesikli çizgi) ve öngörülen dönüşüm derecesi (düz çizgi).
Sonuç
Kinetics Neo ile Dielektrik Analiz (DEA), bir epoksi reçinenin kürlenmesinin hassas, gerçek zamanlı izlenmesini ve kinetik analizini sağlayarak kinetik parametreleri etkili bir şekilde belirler ve çeşitli koşullar altında kürlenme derecesini tahmin eder.
Simülasyon yoluyla tahmin edilen ve %2/dk'lık sabit bir dönüşüm oranını korumak için hesaplanan sıcaklık profilleri Kürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı ve üç boyutlu ağlar oluşturduğu reaksiyonlar için kullanılır. kürleme sürecini optimize etmiştir. Bu profillerin iyileştirilmesiyle toplam dönüşüm süresi 108 dakikadan 45 dakikaya düşürülerek yaklaşık %58 oranında azaltılmıştır.
Kinetik Analizin Faydaları
Proses Optimizasyonu ve Zaman Tasarrufu: Optimize edilmiş sıcaklık profilleri kürlenme süresini ve enerji tüketimini azaltır.
Kürlenme Davranışının Doğru Tahmini: Farklı koşullar altında güvenilir tahminler sağlar ve deneme-yanılma yaklaşımını azaltır.