Thermal Properties of Composite Filaments for 3D Printers
Aplikace | 2021 | ShimadzuInstrumentace
Analýza termálních vlastností filamentů pro 3D tisk je klíčová pro optimální nastavení procesu tavení, nanášení a krystalizace materiálu. Precizní určení teplot skelného přechodu, tání a krystalizace umožňuje předvídat formovatelnost, mechanickou pevnost a konzistenci konečného výtisku.
Cílem studie bylo pomocí diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC) a termogravimetrie (TGA) charakterizovat tepelné chování několika kompozitních filamentů na bázi Nylonu 6 a PEEK obohacených o krátká nebo kontinuální skelná či uhlíková vlákna. Studie porovnala účinek obsahu vláken a vlhkosti na teploty skelného přechodu, tání, krystalizace a odpařování vody.
1. Nylon 6 kompozity:
DSC a TGA umožňují rychle odlišit filamenty i stejné pryskyřice podle schopnosti tání, krystalizace a obsahu vlhkosti. To pomáhá nastavit optimální tiskové teploty, předsušení materiálu i předpovědět mechanické vlastnosti výtisků.
Termální analýza kompozitních filamentů s použitím DSC a TGA poskytuje detailní vhled do jejich chování při ohřevu a chlazení. Odhalení rozdílů v tání, Tg, krystalizaci a obsahu vlhkosti je klíčové pro optimalizaci zpracování a zajištění konzistentních vlastností 3D–tištěných dílů.
1. N. Jia, H. A. Fraenkel, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 23(7), 729 (2004)
Termální analýza
ZaměřeníMateriálová analýza
VýrobceShimadzu
Souhrn
Význam tématu
Analýza termálních vlastností filamentů pro 3D tisk je klíčová pro optimální nastavení procesu tavení, nanášení a krystalizace materiálu. Precizní určení teplot skelného přechodu, tání a krystalizace umožňuje předvídat formovatelnost, mechanickou pevnost a konzistenci konečného výtisku.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem studie bylo pomocí diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC) a termogravimetrie (TGA) charakterizovat tepelné chování několika kompozitních filamentů na bázi Nylonu 6 a PEEK obohacených o krátká nebo kontinuální skelná či uhlíková vlákna. Studie porovnala účinek obsahu vláken a vlhkosti na teploty skelného přechodu, tání, krystalizace a odpařování vody.
Použitá metodika a instrumentace
- Vzorky: kompozitní filamenty Nylon 6 + krátká/konstantní vlákna CFRP a GFRP, PEEK + krátká vlákna CFRP.
- Předzpracování: řezání vláken na 3 mm, vážení ~10 mg.
- DSC: přístroj DSC-60 Plus, rychlost ohřevu 10 °C/min, rozsahy 0–245 °C a 30–400 °C, atmosféra dusíku.
- TGA: Shimadzu DTG-60 pro stanovení hmotnostních změn do 200 °C kvůli odpařování vody.
Hlavní výsledky a diskuse
1. Nylon 6 kompozity:
- Krystalické vzorky vykázaly tání mezi 200 a 220 °C, amorfní filament neprojevil tání, ale Tg kolem 66 °C.
- TGA potvrdila úbytek ~2 % hmotnosti do 200 °C, což odpovídá odpaření adsorbované vlhkosti.
- Sušením (80 °C, 1,5 h a 18 h) se Tg posunula z 65,8 na 108,7 °C, což dokládá plastifikační efekt vody a dopad na zpracovatelnost.
- Tg se pohybovala mezi 143 a 147 °C, tání kolem 336–340 °C.
- Jeden vzorek vykázal rovněž krystalizační exotherm při ~189 °C.
- Druhý běh DSC po otestování do 400 °C a opětovném ochlazení prokázal rozdílný tepelný obsah tání, tedy rozdílnou relativní krystalinitu filamentů.
Přínosy a praktické využití metody
DSC a TGA umožňují rychle odlišit filamenty i stejné pryskyřice podle schopnosti tání, krystalizace a obsahu vlhkosti. To pomáhá nastavit optimální tiskové teploty, předsušení materiálu i předpovědět mechanické vlastnosti výtisků.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Integrace DSC online monitoringu během výroby filamentů pro okamžitou kontrolu kvality.
- Vyvíjení filamentů s modulovatelnou krystalinitou pro specifické mechanické požadavky.
- Rozšíření o kombinovaná měření (např. DSC-FTIR, rheologie) a využití strojového učení pro analýzu termálních dat.
Závěr
Termální analýza kompozitních filamentů s použitím DSC a TGA poskytuje detailní vhled do jejich chování při ohřevu a chlazení. Odhalení rozdílů v tání, Tg, krystalizaci a obsahu vlhkosti je klíčové pro optimalizaci zpracování a zajištění konzistentních vlastností 3D–tištěných dílů.
Reference
1. N. Jia, H. A. Fraenkel, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 23(7), 729 (2004)
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Recycled Plastic Analysis Solutions
2024|Shimadzu|Brožury a specifikace
C10G-E105 Recycled Plastic Analysis Solutions Recycled Plastic Various plastic recycling measures are being implemented in response to growing awareness about needing to establish a carbon-free and recycling-oriented society. The typical process involves collecting, sorting, shredding, washing, drying, and otherwise processing…
Klíčová slova
plastic, plasticpla, plaannealing, annealingmeasurement, measurementabs, absmold, moldhardness, hardnessftir, ftirspectrophotometer, spectrophotometerray, rayresin, resinextract, extractsorting, sortingfourier, fourieranalysis
Application Data Book - Polymer and Electronic Material
2025|Shimadzu|Příručky
C160-E010B Thermal Analysis 60 Series Application Data Book Polymer and Electronic Material Contents Plastic Quantification of Reinforcing Materials 1.1 Influence of heat treatment on polyethyleneterephthalate (PET) -------------------- 1 6.1 Quantification of glass fiber in polyethyleneterephthalate (PET) ------------------- 20 1.2 Heat…
Klíčová slova
explanation, explanationdsc, dsctemp, tempamount, amountrate, ratetga, tgasample, sampleheating, heatingdecomposition, decompositionprogram, programtemperature, temperaturedta, dtainstrument, instrumentanalytical, analyticalmelting
CFRP Analysis, Testing and Inspection Evaluation Instruments
2015|Shimadzu|Brožury a specifikace
CFRP Analysis, Testing and Inspection Evaluation Instruments C10G-E037 Contributing to Improved CFRP Performance and Reliability CFRP Analysis, Testing and Inspection Evaluation Instruments global w430×h280 M Analysis, Testing, and Inspection Evaluation Instruments That Contribute to Improved Performance and Reliability in Carbon…
Klíčová slova
cfrp, cfrpobservations, observationsfiber, fibercfrps, cfrpsray, raytensile, tensiletester, testerautograph, autographtests, testsshear, shearcharacteristics, characteristicstesting, testingfracture, fracturestrength, strengthsample
Thermal Characterization of Virgin and Recycled PET
2025|Shimadzu|Aplikace
Differential Scanning Calorimeter Simultaneous TG/DTA Application News Thermal Characterization of Virgin and Recycled PET Atsuko Naganishi User Benefits The DSC-60 Plus differential scanning calorimeter can evaluate the melting temperature and crystallization temperature of materials. Thermal stability can be…
Klíčová slova
pet, petheating, heatingfibers, fibersrecycled, recycledvirgin, virgindta, dtamelting, meltingcooling, coolingdsc, dscfirst, firstinquiry, inquirybehavior, behaviorthermal, thermalsecond, secondtemperature