التحديات في الريولوجية توصيف المعلقات عالية التركيز - دراسة حالة ل-طباعة الشاشة الفضية المعاجين

يتمثل الهدف العام من هذا الإجراء في التوصيف الريولوجي الموثوق للمعلقات عالية التركيز، والتي تظهر سلوك تشوه وتدفق معقدًا في قياس الريولوجيا الدوراني التقليدي باستخدام الألواح المتوازية. يمكن لهذه الطريقة أن تساعد في الإجابة على أسئلة رئيسية تتعلق بعجائن الطباعة التدفقية. ويعد التوصيف الشامل لمختلف المعلمات الريولوجية ذات الصلة بالعملية أمرًا أساسيًا للهندسة المخصصة لهذه العجائن لتحسين خصائص المعالجة والتطبيق.

تتمثل الميزة الرئيسية لهذا النهج في الملاحظة المتزامنة لتشوه العينة وتسجيل البيانات الريولوجية. ستقوم بتوضيح الإجراء Ceren Yuce، طالبة الدكتوراه من KIT، معهد هندسة وميكانيكا العمليات الميكانيكية. لبدء قياسات إجهاد الخضوع، قم بإعداد جهاز ريوميتر ذو لوحين متوازيين بقطر لوحين يبلغ 25 mm وخشونة لوح تتراوح من 2 إلى 4 µm.

قم بإعداد القياسات ليتم إجراؤها في وضع إجهاد القص المتحكم به تدريجياً، بحيث يتغير إجهاد القص بين 1 و3000 باسكال على خمس وثلاثين خطوة، وبزمن قياس إجمالي قدره 1050 ثانية. قم بتثبيت كاميرا تنظيرية على حامل ثلاثي القوائم، وجهز الكاميرا بـ LED spotlight. صِل الكاميرا بجهاز كمبيوتر واضبط التباين والسطوع حسب الحاجة.

اخلط عينة من معجون الفضة باستخدام خلاط سريع بسرعة 1000 RPM لمدة ثلاثين ثانية لضمان مزج العينة بشكل متجانس. ضع كمية صغيرة من المعجون الممزوج على اللوح السفلي. حرك اللوح العلوي حتى يصبح فوق موضع القياس مباشرةً.

أزل عجينة الفضة الزائدة من حواف اللوح باستخدام ملعقة مسطحة. بعد ذلك، حرك اللوح العلوي إلى موضع القياس. حدد العجينة بخط رأسي من جزيئات sit.

اترك العينة في الجهاز لمدة خمس دقائق للوصول إلى حالة التوازن. وبمجرد تلاشي القوى العمودية، ابدأ عملية القياس وتسجيل الفيديو في وقت واحد. وعندما تتدفق العجينة من الفتحة، أوقف عملية القياس والتسجيل.

نظف الأطباق باستخدام الإيثانول واترك الأطباق لتجف في الهواء. قم بإجراء هذا القياس ثلاث مرات إجمالاً، مع خلط العجينة قبل كل تطبيق، وتنظيف الأطباق بعد كل قياس. بعد ذلك، احصل على مجموعة من القياسات والتسجيلات باستخدام مقياس ريومتر ذو أطباق متوازية منفصل، باستخدام أطباق بقطر عشرين مليمتر وبخشونة تبلغ 1.15 ميكرومتر.

بعد ذلك، استخدم شريطاً لاصقاً مزدوج الوجه لتثبيت قطع من ورق الصنفرة على الأطباق ذات قطر 20 مليمتر لتحقيق خشونة تبلغ 9 ميكرومتر. قم بإجراء مجموعة أخرى من القياسات والتسجيلات، مع استبدال ورق الصنفرة بعد كل عملية قياس. ولكل سلسلة قياس، قم برسم التشوه لوغاريتمياً مقابل إجهاد القص.

حدد إجهاد الخضوع للوسط باستخدام طريقة نقطة تقاطع المماس. قم بتجهيز ريومتر الريشة في الكوب (vane in cup rheometer) للحصول على قياسات في وضع إجهاد القص المتحكم به تدريجياً، مع استخدام نفس المعايير المستخدمة في قياسات اللوحين المتوازيين. اخلط عينة المعجون الفضي جيداً، ثم ضع المعجون في كوب الريومتر.

حرك الريشة إلى وضع القياس، واترك الجهاز ليتوازن لمدة خمس دقائق. بعد ذلك، احصل على ثلاث قياسات على الأقل. نظف شكل الريشة باستخدام الإيثانول واترك الجهاز ليتوازن مرة أخرى بين كل تكرار.

قم برسم منحنى التشوه مقابل إجهاد القص وحدد إجهاد الخضوع للوسط باستخدام طريقة نقطة تقاطع المماسات. أظهر بحثنا أنه يمكن الحصول على إجهاد الخضوع إما باستخدام هندسة الريشة أو هندسة اللوح. وفي حالة استخدام اللوح، يجب اختيار خشونة اللوح بشكل مناسب.

لهذا الغرض، يجب فحص السلوك الأساسي والتسجيلات بعناية. لبدء قياسات سلوك التمدد، قم بإعداد مقياس ريومتر استطالي لتقطع الشعيرات باستخدام مكبسين أسطوانيين بقطر ستة مليمترات. اضبط سرعة التمدد على 7.5 مليمتر في الثانية.

اضبط معدل الإطارات لكاميرا عالية السرعة على 250 إطاراً في الثانية. قم بتشغيل الإضاءة الخلفية ووجّه الكاميرا لالتقاط قياس التمدد. اضبط حدة الصورة والتباين والسطوع حسب الحاجة.

امزج عجينة الفضة جيداً ثم ضع العجينة على المكبس السفلي. أنزل المكبس العلوي إلى وضع القياس وأزل عجينة الفضة الزائدة. ابدأ تشغيل الكاميرا وعملية القياس في وقت واحد.

بمجرد انقطاع الفتيلة، أوقف التسجيل والقياس وقم بتنظيف المكابس باستخدام الإيثانول. كرر عملية القياس بهذه السرعة ثلاث مرات إجمالاً، مع خلط المعجون وتنظيف المكابس في كل مرة. وبذات الطريقة، احصل على مجموعتين إضافيتين من القياسات بسرعات شد تبلغ 11 و110 millimeters per second.

راجع التسجيلات وحدد الإطار الأول الذي يظهر كسر الخيط لكل تكرار. حدد موضع المكبس واحسب نسبة التمدد الحرجة لكل سرعة تم اختبارها. تحد سرعة الطباعة العالية والمطبوعات ذات المقاييس الضيقة المستخدمة في طباعة الشاشة من القدرة على مواءمة نقطة الانفصال مع مختبر الانفصال.

ومع ذلك، قد يرتبط الانكسار الاستطالي في تجارب تمديد الخيوط هذه بهذه الظاهرة. وقد تم تقييم تأثير خشونة الصفائح على قياسات إجهاد الخضوع باستخدام نوعين من عجائن الفضة. وعند استخدام صفائح تبلغ خشونتها 1.15 micrometers، تلتصق العجينة المميزة بجسيمات sit بالصفيحة العليا وتنزلق على الصفيحة السفلى، مما يشير إلى تكون تدفق سدادي.

وبناءً على ذلك، لا يمكن قياس إجهاد الخضوع لهذه العجائن الفضية بدقة باستخدام هذا النظام. وعند استخدام ألواح تتراوح قيم خشونتها من 2 إلى 4 ميكرومتر، يُلاحظ ملف تشوه قصي من خلال حركة علامة الموقع، وهو أمر ضروري لإجراء قياس ريولوجي موثوق ومحدد بدقة. وقد تم التحقق من صحة هذه النتائج من خلال المقارنة مع قياسات هندسة الريشة (vane geometry).

تُظهر عجائن الفضة سلوكاً متماثلاً لقيم خشونة الألواح التي تتراوح من 1.15 إلى 4 µm. وعندما زادت قيمة الخشونة إلى 9 µm، أظهرت العجينة B ملف تشوه قص عند الإجهادات المنخفضة، والذي تحول إلى نطاقات قص عند الإجهادات الأعلى. ومع ذلك، لم تظهر العجينة A الملف المطلوب، وكان الإجهاد اللازم لإحداث تدفق السدادة الملاحظ أعلى بكثير من إجهاد الخضوع.

تمت مقارنة سلوك التمدد لكلا المعجونين عند سرعات تمدد مختلفة باستخدام كاميرا عالية السرعة. وقد كانت نسبة تمدد النسيج التي لوحظ عندها كسر الخيوط أطول بالنسبة للمعجون A عند جميع السرعات. وبمجرد إتقان هذا النهج، يمكن استخدامه لتوصيف ليس فقط معاجين الفضة، بل وأيضاً المعلقات الأخرى عالية التعبئة.

ومع ذلك، يجب ضبط البروتوكول الأسي وفقاً لمتطلبات المادة المعنية. يمهد نهجنا التجريبي الطريق للباحثين في مجال الإلكترونيات المطبوعة لتحسين خصائص الطباعة لعجائنهم بناءً على تجارب المسح المختبري. وسوف يساعد هذا في تطوير عجائن ذات خصائص طباعة فائقة.

بعد مشاهدة هذا الفيديو، سيكون لديك فهم جيد لكيفية إجراء توصيف ريولوجي موثوق للعجائن عالية التعبئة، وما يجب مراعاته في حال حدوث ظواهر مثل الانزلاق الجداري، أو تدفق السدادة، أو انسكاب العينة. كما ستكتسب فكرة عن إجراءات الاختبارات الريولوجية المختلفة ذات الصلة بعملية الطباعة.