Giriş
Fotopolimerler, ışığa maruz kaldığında polimerleşen, sıvı monomerleri veya oligomerleri katı, işlevsel ağlara dönüştüren ışığa duyarlı malzemelerdir. Multifoton litografi ve füzyon püskürtme (FJ) [1] dahil olmak üzere eklemeli üretim (AM) süreçlerinde, akrilat fotopolimerlerin kürlenme davranışı hem UV ışık yoğunluğundan hem de sıcaklıktan güçlü bir şekilde etkilenir. AM'de malzemenin kürlenmesi, tipik katman kalınlıkları 50 ila 100 μm civarında olan katman katman yapılır [2,3], burada malzeme EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir. ekzotermalKürleşme (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 reaksiyonu nedeniyle kendi kendine ısınır.
Bu çalışmanın amacı, değişen İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal koşullar ve UV ışık yoğunlukları altında diakrilat fotopolimer katmanlarının termal davranışını, deneysel izleme için NETZSCH Dielektrik Analizi ile birlikte araştırmaktır Kinetics Neo [5] ve kinetik analiz, termal simülasyon ve sıcak nokta tanımlama için Termica Neo [6] yazılımları kullanılmıştır.
Ölçüm Koşulları
DEA ölçümleri, tablo 1'de listelenen ölçüm koşulları altında NETZSCH DEA enstrümantasyonu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen DEA eğrileri kinetik analiz için temel oluşturmaktadır.
Şekil 1, çeşitli reaktif malzemelerin kürlenme davranışının yerinde ölçülmesini sağlayan Dielektrik Analiz (DEA) cihazımızı göstermektedir. Çoklu sensörler, sıcaklık ve iyon viskozitesinin hassas bir şekilde ölçülmesini sağlayarak optimum performans ve kaliteyi garanti eder.
Tablo 1: Ölçüm koşulları
| Enstrüman | NETZSCH DEA 288 Ionic |
|---|---|
| Malzeme | Fotopolimer diakrilatlar (UV DLP Firması) |
| İzotermal sıcaklık/°C | 30, 90 ve 150 |
UV yoğunlukları 30°C/mW/cm²'de | 36, 75, 150 ve 300 |
| Radyasyon süresi/dak | 10 |
| Sensör | IDEX sensörü |
| Frekans/Hz | 10 |
Kinetik Analiz
Kinetics Neo yazılımı, I0 = 75 mW/cm² yoğunluğundaki UV ışığının farklı sıcaklık ve yoğunlukları için birleşik bir model oluşturmak için kullanılmıştır. Farklı UV yoğunlukları altında kürlenmenin kinetik modellemesi hakkında ayrıntılı bilgi Bölüm 1'de bulunabilir[4].
Şekil 2, sıcaklık ve UV yoğunluğunun, DEA (Dielektrik Analiz) ile ölçülen fotopolimer diakrilatların kürlenme davranışı üzerindeki etkilerini göstermektedir. Kullanılarak ortak bir kinetik model oluşturulmuştur Kinetics Neo yazılım. Eşkenar dörtgen sembolleri deneysel verileri temsil eder ve düz çizgiler uydurulan eğrilere karşılık gelir. Tablo 2, DEA ölçümlerine dayanan kinetik parametreleri detaylandırmaktadır.
Tablo 2: Fotopolimer akrilatların DEA ölçümlerine dayalı kinetik parametreleri
| Reaksiyon adımı | A → B |
|---|---|
| Reaksiyon tipi | Cnm |
| Aktivasyon enerjisi [kJ/mol} | 5.174 |
| Log (üssel faktör öncesi) [Log (1/s)] | -1.793 |
| Reaksiyon düzeni | 1.724 |
| Log (Autocat ön üssel faktör [Log(1/s)] | 1.629 |
| AutcatPower mf | 1.136 |
| nUV Işık | 0.619 |
| I0 [mW/cm²] | 75 |
| Belirleme katsayısı (R²) | 0.996 |
Cnm: M-güçlü otokataliz ile n. dereceden reaksiyon
Termica Neo Yazılım: Simülasyon
Ekzotermal 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, malzeme içinde kendi kendine ısınmaya neden olarak iç sıcaklık gradyanlarının oluşmasına neden olur. Bu çalışmada, 100 μm ve 300 μm kalınlıklarda ve DSC ölçümlerimizden elde ettiğimiz 301 J/g entalpi ile sonsuz bir levha geometrisi olarak modellenen diakrilat fotopolimer tabakalarının termal kürlenme davranışını simüle ediyoruz. AM süreçlerinin simülasyonunda, reaktif katman, bu bloğun altında 25°C'lik kontrollü bir sıcaklıkla 10 cm'lik kalın bir polimer bloğun üzerine yerleştirilmiştir. Bu reaktif tabakanın üst yüzeyindeki çevre sıcaklıkları, 75 mW/cm2 yoğunlukta UV maruziyeti altında 90°C ve 150°C'dir. Simülasyon, 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 sırasında katmanlardaki sıcaklığın zamanla nasıl değiştiğini göstermektedir.
Şekil 3 (a) ve 3 (b), 100-μm ve 300-μm katmanlar için 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 sırasında üç dakika boyunca sıcaklık gelişiminin simülasyonunu sunmaktadır. Her iki katman da en yüksek sıcaklıklarına yaklaşık olarak aynı zamanda (0,7 dakika) ulaşmaktadır: 90.üst yüzey katmanındaki tam referans kalınlığına karşılık gelen x=%100 için 100-μm katman için 4°C ve 300-μm katman için 92,4°C. Daha kalın katmandaki daha yüksek sıcaklık, ısı dağılımının azaldığını gösterir. Kalın katmanlarda, EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik reaksiyon dahili olarak daha fazla birikmiş entalpi açığa çıkarır, bu da kendi kendine ısınmaya ve ince katmanlardan daha yüksek bir sıcaklığa yol açar.
(a) ve 300 μm'lik farklı katman kalınlıkları için sıcaklık simülasyonu
(b) aynı 90°C sıcaklıkta ve 75 mW/cm² yoğunlukta.
Şekil 4 (a) ve 4 (b), 50°C ve 150°C'lik farklı İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal koşullar altında 100-μm'lik bir katman için üç dakikalık 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 döngüsü boyunca simüle edilen sıcaklık profillerini göstermektedir. Her iki katman için de tepe sıcaklığı 100-μm katman için yaklaşık 0,35°C artmıştır. 50°C ve 150°C'lik farklı İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal koşullarda, ana fark, üst yüzey katmanındaki tam referans kalınlığına karşılık gelen x=%100 için tepe sıcaklığına ulaşma süresindeydi: 150°C'de, 0,6 dakika içinde daha hızlı gerçekleşirken, 50°C'de 1,1 dakika sürdü.
(a) ve 150°C'lik farklı sıcaklıklar için sıcaklık simülasyonu
(b) 100 μm'lik aynı katman kalınlığı ve 75 mW/cm²'lik bir YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk için.
Şekil 5 (a), 150°C'de 300-μm'lik bir katmanın 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 sırasında üç dakika boyunca sıcaklık gelişiminin simülasyonunu göstermektedir. En yüksek sıcaklık bu katman için x=%100 için yaklaşık 2,6°C artmıştır, bu da üst yüzeyine karşılık gelmektedir.
Şekil 5 (b), sıcaklığı hem katman derinliğinin hem de zamanın bir fonksiyonu olarak gösteren bir 3D yüzey grafiği sunmaktadır. Şekil 5 (c), zaman içinde katman boyunca uzamsal sıcaklık değişimini gösteren bir 3D ısı haritasını göstermektedir. Bu görselleştirmeler termal sıcak noktaların hızlı bir şekilde tanımlanmasını sağlar.
(a) Kürleme sırasında farklı dikey konumlar için katmandaki sıcaklık profilleri
(b) Koordinat ve zamanın bir fonksiyonu olarak katmandaki sıcaklık gelişiminin 3D yüzey tasviri
(c) Katmandaki sıcaklık gelişiminin 3D ısı haritası.
Sonuç
Dielektrik Analiz (DEA) UV fotopolimerlerin izlenmesi için etkili bir araçtır. Sadece laboratuvarda değil, doğrudan üretim hattında da kullanılabilir. İle birleştirildiğinde Kinetics Neo yazılımı sayesinde, DEA ölçümlerinin hem sıcaklık hem de UV yoğunluğunun bir fonksiyonu olan kinetik parametreleri etkili bir şekilde belirlediği kanıtlanmıştır. Termica Neo yazılımı, fotopolimer katmanların termal davranışını simüle ederek, sıcaklık gelişimini tahmin ederek, potansiyel sıcak noktaları belirleyerek ve katman kalınlığının ve 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 optimizasyonunu sağlayarak önemli bir değer katar.
Termal Simülasyonun Faydaları
Termal Güvenlik ve Güvenilirlik: Aşırı ısınmayı veya düzensiz kürlenmeyi önlemek için farklı katman kalınlıklarında sıcaklık gelişimini simüle edin.
Sıcak Nokta Tanımlama: 3D sıcaklık profillerini ve ısı haritalarını kullanarak termal sıcak noktaları tespit edin.
Zaman ve Maliyet Verimliliği: Deneme-yanılma deneylerini azaltın ve malzeme israfını en aza indirin.
Uygulama Notu: Bölüm 1
Hakkında daha fazla bilgi edinin: Bölüm 1'de Kinetics Neo ve DEA Kullanılarak Değişken UV Işık Yoğunlukları Altında Fotopolimer Kürlenmesinin Kinetik Analizi