균일한 분산은 감광성 복합 수지를 준비할 때 중요한 성공 요인입니다. 탄소 나노튜브, 세라믹 입자 또는 생체 활성 재료와 같은 충전제는 본질적으로 뭉치려는 경향이 있기 때문에 산업용 균질기 또는 초음파 분산 장치가 필요합니다. 이러한 장치는 극심한 전단력을 가하여 이러한 응집체를 파괴하여 처리 실패를 방지하고 최종 재료가 의도한 대로 성능을 발휘하도록 보장합니다.
핵심 통찰력: 고에너지 균질화 없이는 복합 수지가 노즐 막힘과 예측 불가능한 인쇄 실패를 유발하는 입자 응집으로 고통받습니다. 적절한 분산만이 신뢰할 수 있는 전기적, 열적, 기계적 성능에 필요한 균일한 미세 분포를 달성하는 유일한 방법입니다.
입자 응집의 과제
뭉치려는 자연적인 경향
복합 수지는 단순한 혼합물인 경우가 드뭅니다. 종종 탄소 나노튜브 또는 세라믹 입자와 같은 고급 충전제를 포함합니다.
이러한 재료는 표면 에너지가 높아 자유롭게 떠다니기보다는 서로 달라붙어 덩어리 또는 "응집체"를 형성하는 경향이 있습니다.
점도 및 장비에 미치는 영향
이러한 덩어리가 수지에 남아 있으면 상당한 점도 변동을 유발합니다. 액체가 불균일해져 일부 영역에서는 쉽게 흐르고 다른 영역에서는 흐름에 저항합니다.
적층 제조 맥락에서 이러한 응집체는 노즐 막힘의 주요 원인이며, 이는 생산을 즉시 중단시키고 값비싼 장비를 손상시킬 수 있습니다.
고전단 가공의 역할
극심한 힘 적용
단순한 교반으로는 이러한 고급 재료에 충분하지 않습니다. 산업용 균질기는 극심한 전단력을 사용하여 입자 덩어리를 물리적으로 분해합니다.
이 공정은 충전제가 의도한 규모로 분해되고 액체 매트릭스 전체에 고르게 분산되도록 보장합니다.
수지 안정성 향상
이러한 강렬한 공정의 목표는 수지 안정성입니다.
입자를 철저히 분산시킴으로써 장치는 시간이 지나도 일관성을 유지하는 현탁액을 생성하며, 충전제와 수지 층으로 다시 분리되지 않습니다.
등방성 특성 달성
균일한 미세 분포
인쇄된 부품이 제대로 작동하려면 재료가 전체적으로 동일해야 합니다. 이것이 균일한 미세 분포입니다.
충전제가 부품의 한쪽 구석에 뭉쳐 있으면 부품의 나머지 부분에는 의도한 보강이 부족합니다.
모든 방향에서 일관된 성능
균질화는 인쇄된 부품이 등방성 특성을 나타내도록 보장합니다.
전기 전도성, 열 전도성 또는 기계적 보강을 목표로 하든, 측정 방향에 관계없이 해당 특성은 일관됩니다.
절충안 이해
"극심한" 힘의 필요성
주요 참조 자료는 "극심한 전단력"이 필요하다고 언급합니다. 이는 표준 혼합 장비로는 실패할 가능성이 높다는 것을 나타냅니다.
그러나 사용자는 이것이 고에너지 공정임을 이해해야 합니다. 충전제 입자 간의 자연적인 인력을 극복하는 유일한 방법입니다.
부적절한 분산의 위험
이 단계를 건너뛰려고 하면 품질이 저하될 뿐만 아니라 종종 재료가 인쇄 불가능하게 됩니다.
절충안은 특수 장비(균질기)에 대한 투자와 열악한 재료 준비로 인한 실패한 인쇄 및 노즐 막힘의 높은 비용입니다.
목표에 맞는 올바른 선택
복합 수지 프로젝트의 성공을 보장하려면 준비 방법을 특정 성능 목표에 맞추십시오.
- 주요 초점이 공정 신뢰성이라면: 점도 변동과 노즐 막힘을 유발하는 응집체를 제거하기 위해 균질화를 우선시하십시오.
- 주요 초점이 재료 성능이라면: 고전단 분산을 사용하여 최종 응용 분야에 필요한 등방성 전기, 열 또는 기계적 특성을 보장하십시오.
궁극적으로 수지의 안정성과 최종 부품의 품질은 분산의 균일성에 의해 직접 결정됩니다.
요약표:
| 기능 | 고전단 분산의 영향 | 열악한 분산의 결과 |
|---|---|---|
| 입자 상태 | 균일한 미세 분포 | 응집 및 덩어리짐 |
| 점도 | 안정적이고 일관됨 | 변동적이고 예측 불가능 |
| 장비 안전 | 부드러운 흐름, 막힘 없음 | 노즐 막힘 및 하드웨어 손상 |
| 재료 특성 | 등방성 (모든 방향에서 일관됨) | 약점 및 성능 실패 |
| 수지 안정성 | 장기 현탁액 안정성 | 빠른 상 분리 |
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참고문헌
- Lisa Jiaying Tan, Kun Zhou. Recent Progress on Polymer Materials for Additive Manufacturing. DOI: 10.1002/adfm.202003062
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