레올로지 용접성

열가소성 수지의 레올로지 용접성(RW)은 주어진 ^[1]재료의 용접성을 결정할 때 재료 흐름 특성을 고려합니다.열 플라스틱 용접 프로세스에는 세 가지 일반적인 단계가 필요합니다. 첫 번째 단계는 표면 준비입니다.두 번째 단계는 열과 압력을 가하여 접합되는 구성 요소 간에 긴밀한 접촉을 만들고 조인트를 통해 분자 간 확산을 시작하는 것이며, 세 번째 단계는 ^[2]냉각입니다.RW를 사용하여 주어진 재료에 대한 프로세스의 두 번째 단계의 효과를 결정할 수 있습니다.

레올로지

레올로지(Rheology)는 물질의 흐름과 물질이 가해진 ^[3]힘에 의해 어떻게 변형되는지를 연구하는 학문입니다.레올로지 특성은 일반적으로 비뉴턴 유체에 적용되지만, 용접 공정 중에 고온에서 열가소성 플라스틱과 같은 연질^[4] 고체에도 적용될 수 있습니다.레올로지 거동과 관련된 재료 특성에는 점도, 탄성, 가소성, 점탄성 및 ^[3]^[2]온도의 함수로서의 재료 활성화 에너지가 포함됩니다.

레올로지 특성

재료의 레올로지 특성을 이해하기 위해서는 다양한 온도에서 해당 재료에 대한 응력 변형 관계를 인식하는 것이 중요합니다.이 관계는 가해진 ^[3]힘의 함수로서 결과 변형의 실험적인 측정을 통해 얻어진다.

미세구조 및 조성의 영향

재료의 레올로지 거동은 재료의 미세구조, 구성, 주어진 시간에 재료에 작용하는 온도 및 압력의 조합에 의해 영향을 받습니다.폴리머 용융의 레올로지 및 점탄성 특성은 분자량 분포 및 분지의 영향을 포함하여 재료의 분자 구조에 민감합니다.그 결과, 레올로지를 사용하여 다른 재료 ^[3]조합 간의 관계를 개발할 수 있습니다.

미세 구조의 결정

용융 레올로지는 폴리머의 분자 ^[3]구조를 결정하는 정확한 방법임이 증명되었다.이는 재료 간 용접 적합성을 결정하는 데 유용합니다. 흐름 특성이 크게 다른 재료는 점도와 용해 온도 특성이 ^[5]보다 밀접하게 일치하는 재료에 비해 접합이 더 어렵기 때문입니다.이 정보는 사용할 용접 프로세스의 용접 매개변수를 결정하는 데에도 사용할 수 있습니다.

점성

,가 작을수록 RW가 우수합니다.

습윤은 계면접촉도를 특징으로 하며, 평형상태에서 고체표면상의 액체의 접촉각(θ)을_c 통해 정량화한다(그림 1 참조).평형 상태에서 접촉각과 표면 장력 사이의 상관관계는 영 ^[6]방정식으로 구한다.

\displaystyle _{SG}\=\display _{SL}+\gamma _{LG}\cos {theta _{c}}

그림 1: 액체방울이 고체기판을 부분적으로 평형상태로 적신 세실드롭 기술의 그림.

\theta _{C}

C

\

displaystyle

\

theta _

{ C

\theta _{C}

}

\gamma _{SG}\

G

\ display

style

\ gamma _ { SG

\gamma _{SG}\

,

\gamma _{LG}\

\gamma _{LG}\

G

\ display

style

\

gamma

_ { LG

\gamma _{LG}\

,

\gamma _{LG}\

\gamma _{SL}\

L

\ display

style

\

gamma

_ { SL

\gamma _{SL}\

} )는

\gamma _{SL}\

고체 및 가스-liquid의 표면장력을

\theta _{C}

.

장소:

$\gamma _{SG}$ ∙ $\gamma _{SG}$ \ $display_{$ SG}} $\gamma _{SG}$ = $\gamma _{SG}$ 가스 표면 장력,
$\gamma _{SL}$ ∙ $\gamma _{SL}$ \ $displaystyle$ \ $slash$ _ { SL $\gamma _{SL}$ } $\gamma _{SL}$ = 고액 $\gamma _{SL}$ ,
$\gamma _{LG}$ ∙ $\gamma _{LG}$ $G$ \ $display_{$ LG $}}$ = 액체-가스 $\gamma _{LG}$ ,
$∙$ $c$ \ $displaystyle$ \ $theta _{$ c} $\theta _{c}$ = $\theta _{c}$ .

완벽한 습윤을 위해서는 평형 상태에서 접촉각(θ_c)을 최소화해야 한다.단, 평형시에만 유효하며 평형속도는 습윤의 구동력과 액체의 점도의 균형에 따라 달라진다.고분자가 녹는 경우 점도가 매우 높아 평형 접촉각까지 시간이 오래 걸릴 수 있다(동적 접촉각은 평형 접촉각보다 높을 수 있음).

따라서 용융 열가소성 플라스틱(폴리머 용융)의 점도를 고려할 필요가 있다.용접 공정 중 점도가 낮을수록(용접 온도 및 압력에서) 용접성이 좋아진다고 할 수 있다.

대부분의 고분자 용융은 온도(T)와 전단속도( ${\dot {\gamma }}$ { $displaystyle {dot {gamma$ 의 증가에 따라 점도(θ)가 감소한다는 점을 상기하면 용접부위 ^[2]^[1]전체 단면 내에서 온도와 전단속도(이동)가 높을수록 용접성이 우수하다.

탄력성

재료의 탄성이 낮을수록 RW가 우수합니다.

신축성은 고무 밴드를 늘리면 가장 잘 설명할 수 있습니다.고무 밴드를 당기면 고무 밴드가 늘어지고 당기는 힘이 줄어들어 마지막으로 제거되면 고무 밴드가 원래 길이로 돌아갑니다.마찬가지로 힘이나 하중이 대부분의 재료에 가해지면 재료는 변형되며, 힘이 재료 항복 강도를 초과하지 않는 한 힘이나 하중을 제거했을 때 재료는 원래 모양으로 돌아갑니다.물질의 탄성과 관련된 재료 특성을 영률이라고 하며, 주어진 하중에 대한 변형량 간의 관계를 후크의 ^[3]법칙으로 설명합니다.

{\displaystyle\load=E\left(L-Lo\오른쪽)/Lo}

$\sigma$ 서 ${\$ { $displaystyle \sigma$ $\sigma$ 또는 소재가 경험하는 응력. 길이의 변화를 소재의 탄성 또는 용 계수 "E"로 곱한 값과 같다.

소성

재료의 가소성이 낮을수록 RW가 우수합니다.

흐름에 저항하면서 탄성적으로 변형되는 물질의 능력을 ^[3]가소성이라고 합니다.가해진 힘이나 하중이 재료의 항복 강도를 초과하면 재료는 탄성적으로 변형되기 시작하고 재료는 더 이상 원래 모양으로 돌아가지 않습니다.폴리머의 용접 공정에서 이러한 현상은 유리 전이 온도보다 높고 재료의 용해 ^[3]온도보다 낮은 온도에서 발생합니다.

점탄성

선형 점탄성

재료가 매우 느린 전단 속도에서 작고 느린 변형을 경험할 때 선형 점탄성 거동을 관찰할 수 있으며, 이완 과정이 공정을 따라갈 충분한 시간이 있습니다.이는 더 큰 변형력의 ^[3]시작에서도 경험할 수 있다.

비선형 점탄성

빠르고 큰 변형력에 대한 폴리머의 반응은 비선형 거동이며 용접 ^[3]공정에서 발생하는 반응을 더 잘 나타냅니다.

점탄성 거동을 알면 용접 프로세스 중에 온도 및 압력을 조정하여 용접 ^[5]품질을 개선할 수 있습니다.

활성화 에너지

E가_a 작을수록 RW는 우수합니다.

용접 프로세스 작동 중에 열가소성 플라스틱(폴리머 물품)의 연화 또는 용융 부분이 인터페이스를 통해 흐를 수 있습니다.유량이 적을수록 계면의 확산이 줄어들고 용접 강도가 낮아집니다.폴리머가 녹기 위해서는 고분자 사슬 세그먼트가 움직일 수 있어야 합니다.체인 세그먼트가 에너지 장벽을 극복하기에 충분한 열에너지를 얻으면 쉽게 이동하기 시작합니다.에너지 장벽은 활성화 에너지(E_a)라고 불립니다.고분자의 활성화 에너지 절대값(E_a)이 작을수록 용접성이 좋아진다고 할 수 있다.

PVC와 같은 고분자의 E 값은 전단율이 증가함에 따라 감소하며({ $displaystyle\dot\gamma}}),$ 이는 용접부위의 ^[2]^[1]전체 단면 내에서 전단율(이동)이 높을수록 용접성이 향상됨을 의미한다_a.

고분자의 다양한 온도에서 점도-전단속도( $\eta -{\dot {\gamma }}$ - $\eta -{\dot {\gamma }}$ δ {\ $displaystyle \eta -{\dot {gamma$ 데이터를 사용하여 활성화 에너지(E_a)를 Arrhenius ^[7]^[8]^[9]방정식으로 계산할 수 있다.

\displaystyle \eta = C\exp \leftfrac {-E_{a}}{RT}}\right)}}

장소:

θ는 용융 폴리머의 점도로,
C는 사전 지수 계수이다.
R은 범용 가스 상수입니다.
T는 절대 온도입니다.

활성화 에너지( E )의_a 절대값은 Arrhenius 방정식의 자연 로그를 취함으로써 계산할 수 있습니다.(Arrhenius 방정식 참조).

폴리머 용접성

폴리머 용접은 분자 확산 및 용접 접합부 전체에 체인 얽힘을 초래하는 친밀한 접촉에 의존합니다.이 작업을 수행하려면 폴리머가 용해된 상태로 있어야 하며, 용해 점도와 흐름 거동은 확산 및 얽힘의 ^[10]양에 큰 영향을 미칩니다.따라서 레올로지 용접성은 용융 온도와 용융 ^[2]점도가 일치하거나 매우 유사한 재료 간에 가장 적합합니다.또한 재료의 점도와 활성화 에너지가 감소함에 따라 재료의 용접성이 ^[2]향상됩니다.예를 들어, 용접 반결정에서 호환 가능한 반결정 재료 및 호환 가능한 비정질 재료와 비정질 재료를 용접하는 것이 가장 ^[5]좋은 결과를 보였습니다.레올로지 분석은 재료의 용접성에 ^[2]대한 합리적인 통찰력을 제공할 수 있지만, 대부분의 경우 생산 용접은 일반적으로 사용된 공정뿐만 아니라 ^[5]두 기본 재료 간의 호환성을 검증하기 위한 일련의 테스트와 함께 선행됩니다.

용접 금속과 마찬가지로 고화 폴리머 용접은 접합 프로세스에 내재된 잔류 응력을 경험합니다.폴리머의 경우 이러한 잔류 응력은 부분적으로 특정 분자 정렬 방향으로 이어지는 스퀴즈 유속 때문에 발생하며 궁극적으로 용접 강도와 전반적인 ^[10]품질에 영향을 미칩니다.접합되는 재료의 레올로지 특성을 철저히 이해하면 결과 잔류 응력을 결정하는 데 도움이 되고, 결과적으로 이러한 ^[10]응력을 줄일 수 있는 가공 방법에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

재료.	용접성
ABS	좋은 것부터 좋은 것까지
아세탈	공정에서 양품
아크릴	좋아요.
아크릴계 멀티폴리머	좋아요.
아크릴 스티렌 아크릴로니트릴	좋아요.
비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트	불량품에서 공정품질
부타디엔 스티렌	좋은 것부터 좋은 것까지
셀룰로오스	좋아요.
플루오르화폴리비닐리덴(PVDF)	좋아요.
페르플루오로알콕시알칸(PFA)	불쌍한.
액정 폴리머	공정에서 양품
나일론	좋아요.
PBT/폴리카보네이트 합금	좋아요.
폴리아미드이미드	공정에서 양품
폴리아릴산염	좋아요.
폴리아릴 술폰	좋아요.
폴리부틸렌	불량품에서 공정품질
폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)	좋아요.
폴리카보네이트	좋은 것부터 좋은 것까지
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)	공정에서 양품
폴리에테르케톤(PEEK)	공정한
폴리에테르미드	좋아요.
폴리에테르술폰	좋은 것부터 좋은 것까지
폴리에틸렌	좋아요.
폴리메틸펜텐	좋아요.
폴리페닐렌옥사이드	좋아요.
폴리페닐렌 황화물	좋아요.
폴리프로필렌	좋은 것부터 좋은 것까지
폴리스티렌	좋은 것부터 좋은 것까지
폴리술폰	좋아요.
폴리우레탄	불량품에서 공정품질
PVC(강체)	좋아요.
스티렌 아크릴로니트릴	양호~우수

^[5]

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

^ ^a ^b ^c O.Balkan, A.Ezdesir (October 15–17, 2008). Rheological Weldability of Polymers. 12. International Materials Symposium (12.IMSP) Denizli. p. 1046.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Balkan, Onur; Demirer, Halil; Ezdeşir, Ayhan; Yıldırım, Hüseyin (2008). "Effects of welding procedures on mechanical and morphological properties of hot gas butt welded PE, PP, and PVC sheets". Polymer Engineering & Science. 48 (4): 732–746. doi:10.1002/pen.21014.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j Dealy, John M.; Wang, Jian (2013). Melt rheology and its applications in the plastics industry (2nd ed.). Dordrecht: Springer. ISBN 9789400763951. OCLC 844732595.
^ Schowalter, William Raymond (1978). Mechanics of non-Newtonian fluids. Oxford, England: Pergamon Press. ISBN 0080217788. OCLC 2645900.
^ ^a ^b ^c ^d ^e Plastics and composites welding handbook. Grewell, David A., Benatar, Avraham., Park, Joon Bu. Munich: Hanser Gardener. 2003. ISBN 1569903131. OCLC 51728694.{{cite book}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)
^ Young, T. (1805). "An Essay on the Cohesion of Fluids". Phil. Trans. R. Soc. Lond. 95: 65–87. doi:10.1098/rstl.1805.0005. S2CID 116124581.
^ Arrhenius, S.A. (1889). "Über die Dissociationswärme und den Einflusß der Temperatur auf den Dissociationsgrad der Elektrolyte". Z. Phys. Chem. 4: 96–116.
^ Arrhenius, S.A. (1889). "Über die Reaktionsgeschwindigkeit bei der Inversion von Rohrzucker durch Säuren". ibid. 4: 226–248.
^ 레이들러, K. J. (1987) 화학역학제3판, Harper & Row, 페이지 42
^ ^a ^b ^c 2nd International Conference on Mechanical, Manufacturing and Process Plant Engineering. Awang, Mokhtar. Singapore. 2017-04-28. ISBN 9789811042324. OCLC 985105756.{{cite book}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)

[IMSP2008-1] O.Balkan, A.Ezdesir (October 15–17, 2008). Rheological Weldability of Polymers. 12. International Materials Symposium (12.IMSP) Denizli. p. 1046.

[:0-2] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Balkan, Onur; Demirer, Halil; Ezdeşir, Ayhan; Yıldırım, Hüseyin (2008). "Effects of welding procedures on mechanical and morphological properties of hot gas butt welded PE, PP, and PVC sheets". Polymer Engineering & Science. 48 (4): 732–746. doi:10.1002/pen.21014.

[:04-3] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j Dealy, John M.; Wang, Jian (2013). Melt rheology and its applications in the plastics industry (2nd ed.). Dordrecht: Springer. ISBN 9789400763951. OCLC 844732595.

[4] Schowalter, William Raymond (1978). Mechanics of non-Newtonian fluids. Oxford, England: Pergamon Press. ISBN 0080217788. OCLC 2645900.

[:12-5] Plastics and composites welding handbook. Grewell, David A., Benatar, Avraham., Park, Joon Bu. Munich: Hanser Gardener. 2003. ISBN 1569903131. OCLC 51728694.{{cite book}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)

[6] Young, T. (1805). "An Essay on the Cohesion of Fluids". Phil. Trans. R. Soc. Lond. 95: 65–87. doi:10.1098/rstl.1805.0005. S2CID 116124581.

[7] Arrhenius, S.A. (1889). "Über die Dissociationswärme und den Einflusß der Temperatur auf den Dissociationsgrad der Elektrolyte". Z. Phys. Chem. 4: 96–116.

[8] Arrhenius, S.A. (1889). "Über die Reaktionsgeschwindigkeit bei der Inversion von Rohrzucker durch Säuren". ibid. 4: 226–248.

[9] 레이들러, K. J. (1987) 화학역학제3판, Harper & Row, 페이지 42

[:22-10] 2nd International Conference on Mechanical, Manufacturing and Process Plant Engineering. Awang, Mokhtar. Singapore. 2017-04-28. ISBN 9789811042324. OCLC 985105756.{{cite book}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

Search

레올로지 용접성

네임스페이스

더

목차

레올로지

레올로지 특성

미세구조 및 조성의 영향

미세 구조의 결정

점성

탄력성

소성

점탄성

선형 점탄성

비선형 점탄성

활성화 에너지

폴리머 용접성

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

Search

레올로지 용접성

레올로지

레올로지 특성

미세구조 및 조성의 영향

미세 구조의 결정

점성

탄력성

소성

점탄성

선형 점탄성

비선형 점탄성

활성화 에너지

폴리머 용접성

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

「」를 참조해 주세요.