Lambient Technologies提供用于树脂和复合材料固化监测的传感器、仪器和软件(顶部和左下角)使用一次性传感器(右上)模内传感器可以与真空袋和释放膜一起使用(右下)。所有照片的照片信用:Lambient Technologies LLC

我已经写了关于固化监测AvPro的(正常,俄克拉荷马州。,美国)thermpulse微线传感器,该公司打算将其用于治疗管理系统同时也对Synthesites”(UCCLE,比利时)直流(直流)用于原位监测的电介质传感器和实时Tg评价。在这个博客中,我188金宝搏beat将讨论Lambient技术(剑桥,质量。,美国)及其在交流电流(AC)介电传感器的历史以及它们结合AC和DEA的最新LT-440仪器(DEA)。“这两种技术都有优势和缺点,”兰德创始人桓李说。“组合AC和DC测量为制造过程中的研发,质量控制和原位监测提供了最广泛的可能性。”

兰兹技术历史

Lee在20世纪80年代在MIT开发治愈监测的研发团队中。他创立了一款自旋,1982年的微型仪器,以将这项技术商业化。MICROME多次获得。2001年,Netzsch.(SELB,德国)收购了HOLOMETRIX MICROM,并用NETZSCH的全球热分析业务合并。

然而,Lee觉得Netzsch没有充分开发这项技术,所以他离开了Micromet业务部门,并在2008年与Micromet仪器公司的首席工程师Steve Pomeroy共同创立了Lambient Technologies。“我离开后,Netzsch开发了Epsilon 288,这是一个很好的治疗监测仪器,”Lee说。然而,Netzsch是一家大公司,而DEA对他们来说是一个很小的市场。我们在Lambient Technologies的优势是独特的知识深度,因为我是该技术的创始人之一。”尽管树脂和复合材料仍然是该公司的一个关键领域,但它并不针对任何一种行业,Lambient Technologies的营销总监Maria S. Lee说。“我们与指甲油、牙科材料和粘合剂的制造商,以及复合风叶片和医疗植入物的制造商合作。”

塑料技术传感器和仪器用于监测固化热固性聚合物的介电性能,包括环氧树脂,丙烯酸,聚氨酯,聚酯,聚酰亚胺和聚酰胺材料,UV固化聚合物,所有类型的模塑化合物以及涂料,涂料和纤维增强复合材料。它们的解决方案深入了解配方,反应速率,粘度和固化状态。它们用于研究聚合物材料并优化制造过程。它们可用于使用空间反应容器和复合材料制造使用烤箱,高压穴液,压力机和拉挤拉挤系统来管理聚合物制造。

DSC,拉曼光谱和DEA进行治疗监测的比较

二氧化物,拉曼光谱和DEA的环氧树脂固化测量比较。照片学分:Hardis,Ricky,“固化动力学表征和监测厚复合结构的环氧树脂,”2012年)研究生论文和论文。12608.爱荷华州立大学

DEA的科学

显示离子流量和偶极旋转作为树脂固化的原理图

在树脂固化期间发生离子流(直箭头)和偶极旋转(弯曲,双端箭头)。DEA均衡。

介电分析,或DEA是一种热分析技术,如差示扫描量热法(DSC)和动态机械分析(DMA)解释道李,“但它可以提供分析原位使用传感器测量被测材料的电性能。在任何热固性树脂中,都会发生两件事。离子是流动的,但这将受到分子网络紧密性的阻碍,这相当于固化状态。流动的离子对电磁场或信号提供频率无关的响应。树脂内的第二个活动是正和负偶极子的旋转响应相同的电磁场或信号。然而,这个响应取决于电磁场的频率。分离这些频率无关和依赖的现象是区分治疗状态的关键。”

Lee说,在液体树脂中,对离子流动的阻力很低(见上图未固化热固性)。“随着树脂固化,阻力就会增加。在固化结束时,对离子流的阻力非常大。”DEA测量聚合物的含量抵抗性(报告为电阻率) 和电容(报告为允许)。电阻率包含频率无关的离子流量和频率相关的偶极旋转组件。频率无关的电阻率已知为离子粘度(参见下图),并与凝胶化之前的树脂粘度和凝胶后的模量相关。

离子粘度图与时间显示树脂固化状态

日志(离子粘度)与树脂固化期间的时间,显示使用灯光技术介电传感器和仪器监测树脂固化状态的能力。

虽然没有识别出凝胶化点的介电事件,但容易识别固化,其中离子粘度随时间的变化()接近零。“凝胶化是一个机械事件,”李解释说,“所以,树脂的介电特性没有帮助。然而,它确实发生在与峰值斜率相等的最大反应速率附近。在固化的最后,用户决定什么是完全固化的(基于材料和应用),然后确定发生这种情况的斜率。这比使用设定的时间和温度更可靠。”

DEA系统元素

Lambient Technologies DEA系统元素

Lambent Technologies DEA系统包括一些基本元素。使用介电传感器进行诸如包括诸如热电偶的温度传感器。“介电性能随固化而变化温度,“笔记李。传感器被关在连接到监控设备,该设备连接到运行Lambient的CureView数据采集和分析软件的笔记本电脑。

灯光技术介电传感器可以是永久性的或一次性的。永久传感器嵌入模具或压力机中,并且可以重复使用。它们通常包括一个或多个金属电极,嵌入陶瓷基板,热电偶和护套中,该金属电极通常是不锈钢的。这些传感器通常在0.25英寸至1英寸的直径范围内,可使用高达250°C。一次性传感器在部件表面上使用并且包括粘合到薄(100μm)的电极阵列,柔性Kapton衬底上。它们可使用高达350°C。塑料供应varicon一次性传感器,其长度为38厘米,迷你varicon传感器长度为3.8厘米。

兰兹技术传感器和DEA仪器

Lambient Technologies Varicon一次性传感器(剩下)1英寸直径永久/可重复使用的传感器,用于模具和压力机(中央)和LTF-631高速介质固化监控系统(右)

兰兹技术还拥有各种监控设备。“我们从LT-451介电​​固化监测监测器实验室系统开始,这是非常敏感的,并提供了很多灵活性,”卢比波莫伊斯(Lamb)Technologies联合创始人史蒂夫波莫耶斯说,并领先于软件开发。“我们的客户需要专门针对QA / QC和制造的系统,因此我们开发了LTF-631高速介质固化监测器。每个LT-451或LTF-631最多可包含四个通道,每个通道具有一个电介质和一个热电偶输入。我们还专门为QA / QC和制造开发了LT-439电介质通道。它不那么昂贵,并且允许在一个串行链路上进行多个仪器,用于诸如机翼或风刀片的大型物体。它类似于LT-451,但每单位只有一个频道。“他估计,30%的兰兹技术仪器用于研发,而50%用于QA / QC和20%的制造。

交流和直流固化监测

“我们主要使用交流测量,”Lee说,“这意味着信号电压是振荡的。测量治疗状态所需的最佳频率取决于你在治疗过程中的位置。较高的频率在开始时是好的,但较低的频率在固化结束时更好,那时材料具有更高的模量。”

显示由于电极极化引起的失真的图表

技术概述3.04中的图4-4和4-5显示了5分钟环氧树脂固化过程中离子粘度测量的失真。这种由电极极化引起的失真随着频率的增加而减小。

“但我们也可以使用DC,”Lee继续“,它适用固定电压(频率= 0),并仅在一个方向上驱动电流 - 所以这更简单。AC和DC测量在治愈结束时良好,但DC测量可能会导致治疗开始时的问题。同时,对于大多数热固性和复合材料,固化结束时的AC测量很好,但对于某些高电阻材料可能需要太长。“这是因为在固化结束时的AC测量,当热固性材料最高的电阻时,最好在较低频率下占用。“如果使用1赫兹的频率,那么3次的测量需要3秒钟,”李解释。“但如果您使用的是0.1或0.01赫兹的适当低频,则测量分别需要30或300秒。所以,这里是DC非常有用的地方,因为测量几乎是瞬间。AC和DC测量都具有优缺点。“

“在固化初期,直流测量的问题似乎与电化学电阻有关,”Lee说。正如Lambient technologies出版的《技术概述3.04 -交流和直流固化监测》中所解释的,在直流测量过程中,树脂中似乎发生了电化学反应,增加了电阻。这随着材料的固化而减少,减少了交流和直流测量之间的差异。

交流电介质传感器可以通过真空和释放膜测量

交流电介质传感器可以通过真空袋和释放薄膜进行测量,如图所示,蓝色薄膜覆盖在嵌入在底部压板中的传感器上。

对于AC测量,有一种叫做现象电极极化这可以在早期治疗期间在传感器电极上创建一个阻塞层。这可能会导致异常高的表观离子粘度(见图4-4和图4-5),但随着频率的增加而降低,对于1到10千赫兹的测量来说不是问题。然而,使用边界层校正也称为电极极化校正,有可能在数学上恢复有关治愈的准确信息。

另一个关键问题是AC信号可以通过绝缘体,例如真空袋和释放膜,但是这种绝缘体阻挡了DC信号。因此,这是DC测量的问题,该问题需要切割孔,使得DC传感器可以与聚合物接触。因此,这就是使用交流测量有用的地方,因为您可以将传感器放置在您想要并重新定位的任何地方或使用传感器阵列来检测树脂流向前方和固化而不影响薄膜和辅助材料,“Lee说。

使用DEA和案例历史

兰兹技术断言其仪器易于使用。“您将传感器定位以监控您的材料,将传感器电缆插入仪器,开始处理并运行软件,”Pomeroy说。“该软件设置了5分钟环氧树脂的默认测试,以确认设备正常工作。我们提供此环氧树脂,测试传感器和快速入门指南,通过此测试,逐步引导用户。我们还提供一天的培训。“

Lee指出,兰德与客户合作,以​​确保他们需要他们需要的设备和知识。例如,您如何为新闻界保护传感器?使用的最佳频率是多少?“对于许多材料,您可以找到一个频率,该频率将从开始到结束时表征愈合。对于其他材料,可能有两个频率更好。例如,当材料处于其最高电阻时,在最初的开始处和较低频率的较高频率。这是一个试验和错误问题。关于LT-451的好处是您可以立即测试多个频率以确定哪一个是对材料的最佳状态。“

“我们对大多数材料具有广泛的应用笔记,”博莫罗伊添加。“我们还在我们网站上发布了一个300页的DEA和治疗监测手册,这是许多其他实用资源。这就是我们的独特性。我们对科学非常透明,所以用户可以理解正在发生的事情。“

QA / QC案例历史的示例是大陆结构塑料(密歇根州奥本希尔斯CSP;,美国)a manufacturer of sheet molding compound (SMC) and molded SMC parts. “They test each batch of SMC,” says Lee. The process steps include: Preheat press to test temperature; Open press; Put in SMC with specified weight; Close press and start data acquisition; Ion viscosity curves are produced from which Critical Points 1 through 4 are extracted and data is logged. “This is done for each batch to make sure that the materials conform to specifications and will cure as expected.”

Lambient Technologies用于环氧树脂成型复合材料固化监测的传感器

Lambient技术传感器(剩下)可以在环氧树脂成型化合物(EMC)模具的前后看到(中央)并用于监测模压电路芯片的固化(右)

一个制造案例的历史涉及一个日本电路芯片制造商使用环氧成型化合物。Lee说:“他们在环氧树脂模压机的模具中使用传感器。”“他们会监控材料何时进入和离开模具,也就是填充时间,以及在这两个时间点之间如何固化,以确保其始终固化。”他们正在分析影响集成电路封装可制造性的材料的欠固化或过固化特性。在填充期间,粘度窗口非常狭窄,他们想要监控这一点。”

“同样,可以监视预浸料,”李说。“Prepreg在其生命开始时的方式的方式与其在其外出极限结束时的方式与其不同。DEA可以通过老化监测变化,以监测从每个预浸料卷的开始到结束的材料的固化行为。“这里的一个注意是碳纤维是导电的。“如果纤维桥接电极,则它们将短路DEA传感器,”他警告说。在这种情况下,使用过滤器。“过滤器让树脂穿过传感器,而是从碳纤维中绝缘。”

Lambient Technologies使用碳纤维过滤器

LT-440和未来的治疗管理

LT-440是第一个能够使用AC和DC传感器的DEA仪器。“这个系统的目标是使其易于监控树脂固化,但我们也开发了新的软件,以便将此数据使用该数据来管理器温度,从而控制固化过程,”李说。“例如,使用来自传感器的数据,可以将模具或压力机设置为在CP4(固化末端)打开。我们可以为客户提供API [应用程序编程界面]的设备。“

Lambient Technologies LT-440结合了交流和直流测量

LT-440是第一个可实现AC和DC传感器的DEA仪器。

但是如何在AC到DC测量之间管理交换机?“它可能是一个指定你想要使用的频率的问题,”李说。“对于DC测量,将频率设置为零。您需要培养一些经验,但我们已经讨论过AC和DC在AC开始与治愈结束时的好处,我们将增加我们的知识库,可在线获得。“

“这么多人使用温度和时间来监测治愈,但这已经过时了,”波莫利说。“DEA是监测治疗和停止猜测的更好方法。DEA提供了一种记录树脂和复合材料完成治愈以及如何与其他部分进行记录的方法。“李同意,“每个人都看到了它的价值。但很难改变现状。“然而,DEA提供的知识将是复合材料制造的未来所需的优势。

Lambient技术引用精神AeroSystems(威奇托,堪萨斯州。,美国)和itsPrestwick, Scotland工厂2017-2018年的发展智能,多区域加热工具,可以恢复生产复合部件40%,而且成本与传统的高压灭菌过程的一半:

位于Prestwick的Spirit先进技术中心的首席工程师Stevie Brown解释说:“我们现在可以调整周期时间,以匹配单个部件的几何形状,而不是在标准温度下固化组件数小时。”“高压釜一直是生产线上的瓶颈,取消它将减少组件的循环时间,降低生产成本和能源消耗。”

使用多区工具和DEA显示固化监控的图像

兰兹技术显示技术融合(上)可以使用多区,加热工具来实现固化管理,该工具可以通过固化监测的实时反馈完成对固化过程的完全控制。巴西风刀片制造商TECSIS接近营运技术以开发DEA仪器,以沿着每个刀片的长度在300个斑点时监测环氧树脂的固化(底部)。这导致了LT-439的发展。

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