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介电固化分析(DEA)是使热固性高分子材料处于交变电场之中,通过监控树脂在固化工艺全程中的离子电阻率的变化,来跟踪树脂的流动化与固化进程,评估固化工艺,进行不同批次的材料固化特性比较。此外测试得到的介电常数反映了树脂体系的偶极子数量与松弛特性,也可用于材料研究。该技术可应用于热固性树脂、涂料、粘合剂、油漆、复合材料、电子材料等诸多领域,不仅能用于实验室的研究开发,也能用于生产车间的在线监控。
使用 DEA,可以方便地监测树脂在固化工艺过程中的如下参数及其变化:流动性/粘度变化;起始固化点;凝胶点;后固化过程。借助独特的离子粘度曲线,该技术可对材料的固化进程进行实时监控与表征,以及计算固化转化率随工艺进程的变化。
DEA 288 Ionic 是耐驰公司 2018 年**推出的一款多功能的介电固化监测仪。仪器可配备炉体或实验室热压机,可以在加热、冷却、湿度或紫外光照射等多种条件下进行测试。借助 DEA,用户可以方便、快捷地确定材料加工的**工艺参数。
一台完整的介电分析仪,包含 DEA 主机与传感器两个部分。提供一次性使用的传感器,通过适配盒与主机相连。DEA 288 有两款稍有不同的主机可选:便携版(Portable Version),与工业机架版(Industrial Rack Version)。
这两种主机的电子部分完全相同,均可以控制附加的外部设备,如实验室炉体,或实验室热压机。各自之间的区别,仅在于外观设计、主机尺寸,以及可配备的**通道数的差异。
便携版 DEA 288 *多可配备 7 个通道,体积小,使用灵活,可以方便地在不同的测量地点(如实验室,车间)之间迁移。
机架版 DEA 288 的工业版本为可安装于车间里的机架上的 19" 机架版。它支持同时安装 8 个测量通道,并可扩展至*多 16 个通道。
• 频率范围:0.001 … 1MHz
• 测量范围:10o … 1016ohm.cm(不同传感器)
• 数据通道数:1 ... 16任意可选
• 可用于实验室测试、生产现场在线监测(加热炉、模具、高压釜......)
• 适用于大多数热固性树脂、粘结剂、油漆和涂料
• 适用于快速固化树脂,例如:SMC/BMC、UV固化
• 独立式在线树脂固化监测仪
• 传感器种类繁多,包括可安装于模具内的传感器
• 基本单元包括实验室版本、车间版本。适合不同工作环境需求
模拟现实工艺
DEA 的一个**的优点在于其可以使用与实际工艺过程相同的样品量与几何尺寸。仪器提供一系列类别丰富的传感器,可以模拟几乎所有的现实的应用:
• 薄膜喷涂
• 刮条应用
• 低或中粘度材料的铺展
• 将传感器置于预浸料的多层之间
• 传感器在液体中浸泡
DEA 288 的测量软件为全新设计,融入 Proteus® 软件包之中,用户界面友好。软件提供了快速而方便的输入向导,便于编制所有相关的测量参数。
测量参数编制界面为不同颜色的多标签页风格,方便了数据输入,且确保不会遗漏重要参数 – 不管它与样品的信息有关,还是与温度 / 时间程序、或施加的频率有关。
另一非常有用的特性是,可以在测量过程中修改测量程序(频率或采样时间),并可以进行实时分析(SNAPSHOT)。
• DEA 变量:显示离子粘度(ion viscosity),离子电导(ion conductivity),损耗因子(loss factor),介电常数(permittivity),tgδ 对时间 / 温度的变化过程
• 多窗口技术 – 以多标签页切换的方式对测量数据进行清晰的显示与分析,并进行图形导出。
• 不同测量方法的曲线比较 – 在同一界面中可同时载入 DEA,DSC,DMA 等不同测量方法得到的曲线,进行综合的分析与展示,以实现多方位的材料表征。
• 可在曲线上标注峰值点,外推起始点,终止点等特征温度 / 时间点。可同时对一组曲线进行这类标注。
• 对*多64条曲线进行比较分析。这些曲线可来自同一测量文件的不同段、或来自多个不同的测量中。
• 保存分析结果与标注状态,用于后续的恢复与继续分析。
• 保留原始的测量数据,可随时进行存取。
• 测量曲线可使用不同的平滑因子进行平滑。
• 支持文本数据导出(ANSI, ASCII, csv),与图形文件导出(JPEG, BMP, EMF, PNG, TIFF)。
环氧树脂的熔融与固化
随着温度的升高,损耗因子ε" 在环氧树脂的玻璃化转变温度附近显示了一系列的偶极子松弛峰。随着环氧树脂的熔融,损耗因子迅速上升,反映了树脂内部离子活动性的迅速增加。离子粘度曲线由损耗因子的离子活动性部分换算得来,是一种与频率无关的参数,与聚合物胶凝前的粘度以及胶凝后的坚硬度有关。起初,随着温度的上升,树脂的流动性增加,离子粘度下降;随后树脂开始固化,分子链的活动性受到了限制,导致明显的粘度上升,反映了材料固化程度的逐渐增加。固化转化率可用介电固化指数(Cure Index)进行表征。
图中比较了环氧树脂-石墨复合体系固化反应的 DEA 曲线与流变测量曲线,*初的 150min 内动态粘度(流变仪数据)与离子粘度曲线(DEA数据)几乎重合,表明了这两者之间的测量是一致的。从 175°C 恒温开始,环氧树脂胶凝到一定程度后,则无法进行动态粘度测量(超出流变仪量程)。而随着固化进程可以继续得到离子粘度曲线,甚至在材料固化进入坚硬的玻璃态后仍能测量。可见,DEA是**能够监测固化全过程的方法。
DEA 288 Epsilon 可与 DMA 242 E 联用,在一次测量中同步跟踪聚合物的介电与动态机械性能的变化。测量使用 DMA 的压缩样品支架和 DEA 的平行板电极。这一技术是互补的:DMA 能够清楚地表征树脂的胶凝与玻璃化,DEA 则更清晰地表征低粘度区域与固化反应。