07.10.2020 by Dr. Natalie Rudolph
TMA Ölçümleri Enjeksiyon Kalıplamada Dolgu Yönü Hakkında Ne Söyleyebilir?
Dolgu maddeleri polimer üretim endüstrisinde uzun zamandır önemli bir rol oynamaktadır. Isıtıldığında veya soğutulduğunda dolgulu malzemenin boyunun nasıl değiştiğini ölçmek için önemli bir özellik termal genleşme katsayısıdır. Önemli tasarım değerlerini belirleyebilmek için bu malzeme davranışı hakkında bilgi sahibi olmak gerekir. Akış alanının ve numune hazırlamanın özelliği nasıl etkilediğini öğrenin ve TMA 402 F3 Hyperion® Polymer Edition ile ölçümlerin nasıl yapıldığını görün.
Dolgu maddeleri polimer üretim endüstrisinde uzun zamandır önemli bir rol oynamaktadır. İlk olarak malzeme fiyatlarını düşürmek için eklenen dolgu maddeleri, artık çoğunlukla diğer avantajları için kullanılmaktadır: Dolgu maddeleri büzülmeyi azaltabilir, sertliği artırabilir ve bazen görünümü iyileştirebilir.
Isıtıldığında veya soğutulduğunda dolgulu malzemenin boyunun nasıl değiştiğini ölçmek için önemli bir özellik termal genleşme katsayısı, α veya Doğrusal Termal Genleşme Katsayısı (CLTE/CTE)Doğrusal termal genleşme katsayısı (CLTE), sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bir malzemenin uzunluk değişimini tanımlar.CTE'dir (termal genleşme katsayısı). Bu malzeme davranışı hakkında bilgi sahibi olmak, büzülme veya nihai ürünün birleştirme ortakları arasındaki uyumluluk gibi tasarım değerlerini belirleyebilmek için gereklidir.
Ancak Doğrusal Termal Genleşme Katsayısı (CLTE/CTE)Doğrusal termal genleşme katsayısı (CLTE), sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bir malzemenin uzunluk değişimini tanımlar.CTE, kalıplanmış parçadaki dolgu maddesinin yönelimine duyarlıdır. Bu yönelim, malzemenin kalıbı nasıl doldurduğunu tanımlayan akış alanına büyük ölçüde bağlıdır. Bu nedenle, kalıplanmış parçada Doğrusal Termal Genleşme Katsayısı (CLTE/CTE)Doğrusal termal genleşme katsayısı (CLTE), sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bir malzemenin uzunluk değişimini tanımlar.CTE için farklı değerler beklenmelidir. Bu makale bu varsayımı araştırmayı amaçlamaktadır. Bu çalışma için, Neue Materialien Bayreuth'da 80 x 80 mm ve 2 mm kalınlığında bir plaka kalıpta %40 vol kısa karbon fiber içeren düşük viskoziteli bir PEEK reçinesi enjeksiyonla kalıplanmıştır. Daha düzgün bir akış cephesi elde etmek ve daha ince bir kapıdan meydana gelebilecek elyaf kırılmasını azaltmak için bir film kapısı kullanılmıştır.
Erimiş malzeme kalıbın içine nasıl akar?
Şekil 1, numune plakasının (a) şemasının yanı sıra parçanın kalınlığı boyunca hız profilini, eriyik cephesindeki fıskiye akışını (b) ve sonuçta ortaya çıkan elyaf yönelimini (c) göstermektedir.
Hız gradyanı nedeniyle, lifler üzerinde farklı kuvvetler ve momentler etki eder ve parça içinde karakteristik bir lif yönelimine yol açar. Parçanın merkezinde, lifler uzanımsal ve enine akış nedeniyle akış yönüne dik olarak yönlendirilir. Duvar veya donmuş tabakadaki yüksek kayma hızları nedeniyle, lifler akışa paralel olarak hizalanır. Bu yüksek yönelimli tabakanın kalınlığı donmuş tabaka kalınlığına ve hız profiline bağlıdır.
Deney için numuneler nasıl hazırlandı ve ölçüldü?
NETZSCH Analyzing & Testing adresindeki TMA ölçümleri için numuneler, fiber yöneliminin termal genleşme katsayısı üzerindeki etkisini incelemek üzere Şekil 1 (a)'ya göre kesilmiştir. Beklenen baskın elyaf yönelimi örneklerde gösterilmiştir (b).
Numuneler yeni TMA 402 F3 Hyperion®Polymer Edition ile ölçülmüştür. İlk soğutma adımından sonra, sıcaklık 5 K/dak ısıtma hızıyla -70°C'den 300°C'ye yükseltilmiştir. Termal genleşme katsayısı, iki veri noktası arasındaki eğimi hesaplayan ortalama Doğrusal Termal Genleşme Katsayısı (CLTE/CTE)Doğrusal termal genleşme katsayısı (CLTE), sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bir malzemenin uzunluk değişimini tanımlar.CTE analizi (m. Doğrusal Termal Genleşme Katsayısı (CLTE/CTE)Doğrusal termal genleşme katsayısı (CLTE), sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bir malzemenin uzunluk değişimini tanımlar.CTE) kullanılarak hesaplanmıştır. Tüm ölçüm koşulları aşağıdaki tabloda özetlenmiştir:
Tablo 1: Ölçüm koşulları
| Örnek tutucu | SiO2'den yapılmış genişleme |
| Örnek yük | 50 mN |
| Atmosfer | N2 |
| Gaz akış hızı | 50 ml/dak |
| Sıcaklık aralığı | -5 K/dak ısıtma hızında 70...300°C |
Termal genleşme akış alanı ile nasıl ilişkilidir?
Sonuçlar Şekil 3'te gösterilmektedir. Beklendiği gibi, Tg 'nin üzerindeki CTE Tg'nin altındakinden daha yüksektir; bu numuneler için yaklaşık iki katıdır. Örnek 3'ün CTE'lerinin en düşük ve örnek 2'nin en yüksek değerlere sahip olduğu görülebilir. Örnek 1 ise ikisinin arasındadır. Örnekler arasındaki aynı eğilim Tg'de de gözlemlenebilir. Diğer numunelere kıyasla matris davranışının en baskın olduğu numune 2, veri sayfasında listelenen 143°C'lik aynı Tg değerine sahiptir (DSC ile ölçülmüştür). CTE'de fiberin daha fazla etkisini gösteren Numune 1'in 152°C'lik daha yüksek bir Tg 'si vardır, bu da fiberlerin getirdiği daha yüksek sertliği gösterir. Bu, mekanik bir tepkiyi ölçtüğü için bir TMA'da tespit edilebilir. Numune 3'te lifler güçlü bir şekilde baskındır ve bu nedenle Tg neredeyse hiç görülmez ve analiz edilmemiştir.
Tablo 2: Elde edilen Tg'nin özeti
| Örnek 1 (kırmızı) | Örnek 2 (mavi) | Örnek 3 (yeşil) | |
| 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 |
CTE ölçümlerinden ve akış alanındaki fiber oryantasyonu teorisinden, numunelerdeki baskın fiber oryantasyonu çıkarılabilir, Şekil 1 b. İnce numuneler nedeniyle, donmuş tabakanın etkisinin numune 2 ve 3'te baskın olduğu görülebilir. Bu nedenle, numune 3 en düşük CTE değerini (akış ve lif yönünde ölçüm) ve numune 2 en yüksek değerleri (akış ve lif yönüne dik ölçüm) vermektedir.
Çalışma, enjeksiyon kalıplama sırasında akış alanından etkilenen dolgu yönelimine dayalı olarak dolgulu malzemelerin Termal Genleşme Katsayısını analiz etmenin önemini göstermiştir.
Üreticinin veri sayfası ile yeni TMA 402 ile yapılan ölçümlerin karşılaştırmasını içeren tam uygulama notu F3 Hyperion® Polymer Edition'a buradan ulaşabilirsiniz!
Neue Materialien Bayreuth GmbH Hakkında
Neue Materialien Bayreuth GmbH, hafif yapılar için polimerlerden ve elyaf takviyeli kompozitlerden metallere kadar çeşitli yeni malzemeler geliştiren, akademik olmayan bir araştırma şirketidirarch. Mevcut malzemeleri ve üretim süreçlerini optimize ederek uygulama odaklı çözümler sunmaktadır.
