介電固化分析(DEA)是使熱固性高分子材料處于交變電場之中,通過監(jiān)控樹脂在固化工藝全程中的離子電阻率的變化,來跟蹤樹脂的流動(dòng)化與固化進(jìn)程,評估固化工藝,進(jìn)行不同批次的材料固化特性比較。此外測試得到的介電常數(shù)反映了樹脂體系的偶極子數(shù)量與松弛特性,也可用于材料研究。該技術(shù)可應(yīng)用于熱固性樹脂、涂料、粘合劑、油漆、復(fù)合材料、電子材料等諸多領(lǐng)域,不僅能用于實(shí)驗(yàn)室的研究開發(fā),也能用于生產(chǎn)車間的在線監(jiān)控。
使用 DEA,可以方便地監(jiān)測樹脂在固化工藝過程中的如下參數(shù)及其變化:流動(dòng)性/粘度變化;起始固化點(diǎn);凝膠點(diǎn);后固化過程。借助*的離子粘度曲線,該技術(shù)可對材料的固化進(jìn)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與表征,以及計(jì)算固化轉(zhuǎn)化率隨工藝進(jìn)程的變化。
DEA 288 Ionic 是耐馳公司 2018 年推出的一款多功能的介電固化監(jiān)測儀。儀器可配備爐體或?qū)嶒?yàn)室熱壓機(jī),可以在加熱、冷卻、濕度或紫外光照射等多種條件下進(jìn)行測試。借助 DEA,用戶可以方便、快捷地確定材料加工的工藝參數(shù)。
一臺(tái)完整的介電分析儀,包含 DEA 主機(jī)與傳感器兩個(gè)部分。提供一次性使用的傳感器,通過適配盒與主機(jī)相連。DEA 288 有兩款稍有不同的主機(jī)可選:便攜版(Portable Version),與工業(yè)機(jī)架版(Industrial Rack Version)。
這兩種主機(jī)的電子部分*相同,均可以控制附加的外部設(shè)備,如實(shí)驗(yàn)室爐體,或?qū)嶒?yàn)室熱壓機(jī)。各自之間的區(qū)別,僅在于外觀設(shè)計(jì)、主機(jī)尺寸,以及可配備的大通道數(shù)的差異。
便攜版 DEA 288 多可配備 7 個(gè)通道,體積小,使用靈活,可以方便地在不同的測量地點(diǎn)(如實(shí)驗(yàn)室,車間)之間遷移。
機(jī)架版 DEA 288 的工業(yè)版本為可安裝于車間里的機(jī)架上的 19" 機(jī)架版。它支持同時(shí)安裝 8 個(gè)測量通道,并可擴(kuò)展至多 16 個(gè)通道。
技術(shù)參數(shù):
• 頻率范圍:0.001 … 1MHz
• 測量范圍:10º … 1016ohm.cm(不同傳感器)
• 數(shù)據(jù)通道數(shù):1 ... 16任意可選
• 可用于實(shí)驗(yàn)室測試、生產(chǎn)現(xiàn)場在線監(jiān)測(加熱爐、模具、高壓釜......)
• 適用于大多數(shù)熱固性樹脂、粘結(jié)劑、油漆和涂料
• 適用于快速固化樹脂,例如:SMC/BMC、UV固化
• 獨(dú)立式在線樹脂固化監(jiān)測儀
• 傳感器種類繁多,包括可安裝于模具內(nèi)的傳感器
• 基本單元包括實(shí)驗(yàn)室版本、車間版本。適合不同工作環(huán)境需求
DEA 288 Epsilon - 多種多樣的傳感器
模擬現(xiàn)實(shí)工藝
DEA 的一個(gè)大的優(yōu)點(diǎn)在于其可以使用與實(shí)際工藝過程相同的樣品量與幾何尺寸。儀器提供一系列類別豐富的傳感器,可以模擬幾乎所有的現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用:
• 薄膜噴涂
• 刮條應(yīng)用
• 低或中粘度材料的鋪展
• 將傳感器置于預(yù)浸料的多層之間
• 傳感器在液體中浸泡
多種多樣的傳感器
為了滿足多種多樣的聚合物處理應(yīng)用的需要,NETZSCH 提供了種類非常豐富的介電傳感器。這些傳感器從大的類別上可分為可植入式,與可重復(fù)使用式。后者可固定地安裝在壓力釜或模具上,或裝在 DMA 或流變儀的樣品支架上。
DEA 288 Epsilon - 軟件功能
DEA 288 的測量軟件為全新設(shè)計(jì),融入 Proteus® 軟件包之中,用戶界面友好。軟件提供了快速而方便的輸入向?qū)?,便于編制所有相關(guān)的測量參數(shù)。
測量參數(shù)編制界面為不同顏色的多標(biāo)簽頁風(fēng)格,方便了數(shù)據(jù)輸入,且確保不會(huì)遺漏重要參數(shù) – 不管它與樣品的信息有關(guān),還是與溫度 / 時(shí)間程序、或施加的頻率有關(guān)。
另一非常有用的特性是,可以在測量過程中修改測量程序(頻率或采樣時(shí)間),并可以進(jìn)行實(shí)時(shí)分析(SNAPSHOT)。 Proteus® 分析軟件功能強(qiáng)大,可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析。以下列出了其部分特性:
• DEA 變量:顯示離子粘度(ion viscosity),離子電導(dǎo)(ion conductivity),損耗因子(loss factor),介電常數(shù)(permittivity),tgδ 對時(shí)間 / 溫度的變化過程
• 多窗口技術(shù) – 以多標(biāo)簽頁切換的方式對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行清晰的顯示與分析,并進(jìn)行圖形導(dǎo)出。
• 不同測量方法的曲線比較 – 在同一界面中可同時(shí)載入 DEA,DSC,DMA 等不同測量方法得到的曲線,進(jìn)行綜合的分析與展示,以實(shí)現(xiàn)多方位的材料表征。
• 可在曲線上標(biāo)注峰值點(diǎn),外推起始點(diǎn),終止點(diǎn)等特征溫度 / 時(shí)間點(diǎn)??赏瑫r(shí)對一組曲線進(jìn)行這類標(biāo)注。
• 對多64條曲線進(jìn)行比較分析。這些曲線可來自同一測量文件的不同段、或來自多個(gè)不同的測量中。
• 保存分析結(jié)果與標(biāo)注狀態(tài),用于后續(xù)的恢復(fù)與繼續(xù)分析。
• 保留原始的測量數(shù)據(jù),可隨時(shí)進(jìn)行存取。
• 測量曲線可使用不同的平滑因子進(jìn)行平滑。
• 支持文本數(shù)據(jù)導(dǎo)出(ANSI, ASCII, csv),與圖形文件導(dǎo)出(JPEG, BMP, EMF, PNG, TIFF)。
DEA 288 Epsilon - 測試示例
環(huán)氧樹脂的熔融與固化
隨著溫度的升高,損耗因子ε" 在環(huán)氧樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近顯示了一系列的偶極子松弛峰。隨著環(huán)氧樹脂的熔融,損耗因子迅速上升,反映了樹脂內(nèi)部離子活動(dòng)性的迅速增加。離子粘度曲線由損耗因子的離子活動(dòng)性部分換算得來,是一種與頻率無關(guān)的參數(shù),與聚合物膠凝前的粘度以及膠凝后的堅(jiān)硬度有關(guān)。起初,隨著溫度的上升,樹脂的流動(dòng)性增加,離子粘度下降;隨后樹脂開始固化,分子鏈的活動(dòng)性受到了限制,導(dǎo)致明顯的粘度上升,反映了材料固化程度的逐漸增加。固化轉(zhuǎn)化率可用介電固化指數(shù)(Cure Index)進(jìn)行表征。
離子粘度(DEA)與粘度(流變儀)測量結(jié)果比較
圖中比較了環(huán)氧樹脂-石墨復(fù)合體系固化反應(yīng)的 DEA 曲線與流變測量曲線,初的 150min 內(nèi)動(dòng)態(tài)粘度(流變儀數(shù)據(jù))與離子粘度曲線(DEA數(shù)據(jù))幾乎重合,表明了這兩者之間的測量是一致的。從 175°C 恒溫開始,環(huán)氧樹脂膠凝到一定程度后,則無法進(jìn)行動(dòng)態(tài)粘度測量(超出流變儀量程)。而隨著固化進(jìn)程可以繼續(xù)得到離子粘度曲線,甚至在材料固化進(jìn)入堅(jiān)硬的玻璃態(tài)后仍能測量。可見,DEA是能夠監(jiān)測固化全過程的方法。
樹脂熱固化 - 同步 DEA-DMA 測量
DEA 288 Epsilon 可與 DMA 242 E 聯(lián)用,在一次測量中同步跟蹤聚合物的介電與動(dòng)態(tài)機(jī)械性能的變化。測量使用 DMA 的壓縮樣品支架和 DEA 的平行板電極。這一技術(shù)是互補(bǔ)的:DMA 能夠清楚地表征樹脂的膠凝與玻璃化,DEA 則更清晰地表征低粘度區(qū)域與固化反應(yīng)。