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Engineering

Desafios na reológico Caracterização de suspensões altamente concentrado - um estudo de caso para-impressão da tela de prata Cola

Published: April 10, 2017 doi: 10.3791/55377
Automatic Translation
1, 1
1Applied Mechanics Group, Institute for Mechanical Process Engineering and Mechanics, Department of Chemical Engineering, Karlsruhe Institute of Technology

Introduction

metalização lado frontal de células solares de silício é vulgarmente realizado utilizando serigrafia tradicional. Além de impressão stencil, impressão a jato de tinta e impressão flexográfica 1, serigrafia tem sido usado desde a década de 1970 para inúmeras aplicações de impressão 2. É uma técnica versátil e na produção de células solares, que assegura metalização simples e rápida a um baixo custo de impressão. No entanto, as propriedades de fluidez de pastas-impressão de tela tem de ser cuidadosamente ajustado para garantir um tratamento sem perturbações, livre de defeitos. Isto é particularmente difícil em metalização da célula solar uma vez que os padrões de linha uniforme estreitas têm de ser alcançado. Além disso, colar receitas têm de ser cuidadosamente ajustadas a fim de evitar a sedimentação de partículas de prata a alta densidade, a separação de fases e a agregação das partículas.

As pastas de impressão de tela-condutores altamente concentradas para metalização do lado frontal de células solares mainlY consiste de três componentes 3, 4, 5, 6: O material condutor, partículas de prata geralmente micron de tamanho proporcionando boa condutividade eléctrica 7, 8; a fase contínua, o chamado veículo, uma mistura de aglutinantes orgânicos, solventes e aditivos que promovem a molhagem das partículas, a formação da película e aderência ao substrato que também inclui aditivos para ajustar o comportamento de escoamento, em especial permitindo que o colar para passar as malhas da tela estreitas facilmente; e o ligante inorgânico (pó de vidro) actua como um promotor de adesão e activa o processo de sinterização a temperaturas mais baixas.

Imprimir linhas finas com uma elevada relação de aspecto requer pastas de prata que apresentam uma tensão de alto rendimento e um comportamento de pseudoplasticidade pronunciado 9. A tensão de alto rendimento garante uma boa shape precisão e uma relação de aspecto elevada, enquanto forte pseudoplasticidade e, correspondentemente, uma baixa viscosidade a velocidades de cisalhamento elevadas são necessárias quando a pasta flui através das aberturas de malha estreita, em que a pasta é exposta a altas taxas de cisalhamento estimados para ser para além de 10 3 s -1 10.

Durante o processo de impressão, as pastas são expostos a diferentes taxas de deformação e tensões. Primeiro, a pasta repousa na tela; em seguida, os actos de rodo e a pasta penetra através das aberturas da tela para o substrato. Após a aplicação da pasta sobre a bolacha de silício, a estrutura e viscosidade deve recuperar rapidamente para proibir pasta espalhamento sobre o substrato. Isto reduziria desempenhos de células solares devido a maiores perdas de sombreamento 10, 11, 12, 13, 14, 15. Interrupções, os chamados meshmarks, em condutas digitais impressas pode ocorrer em pontos de cruzamento dos fios de malha dependendo pasta de reologia. O tempo para nivelar as meshmarks deve ser tão longo quanto necessário, mas também curto o suficiente para manter a linha de dedo espalhando o mais baixo possível 16.

A pressão necessária para rodo o colar para fluir através das malhas sobre o substrato tem que ser cuidadosamente ajustado para a tensão de alto rendimento necessário para proporcionar uma boa precisão forma 3, 6, 9, 17, 18. As partículas estão intimamente embalado, interagem fortemente e formam estruturas complexas. Por conseguinte, além de limite de elasticidade aparente, pseudoplasticidade e tixotropia, vários outros fenómenos complexos de fluxo, como bandas de cisalhamento ou avalanche pode ocorrer em tais suspensões 19, 20 </ sup>, 21. Deslizamento de parede também é crucial para suspensões concentradas 22, 23, 24, 25. Uma fina camada de líquido de baixa viscosidade, ou seja, uma camada de depleção ou livre de partículas é formado ao lado da parede 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 e pode controlar o fluxo através de aberturas ou canais estreitos.

Assim, uma caracterização reológica abrangente de pastas-serigrafia é essencial, a fim de melhorar as propriedades de processamento e recursos do produto. Neste estudo, duas pastas de prata comerciais são caracterizados. Estas pastas exibem substancialmente diferentes desempenhos de impressão. O carvão animal reológicocarac- de tais materiais é muito exigente. Mesmo a simples determinação da viscosidade de cisalhamento constante usando um reómetro de rotação é um grande desafio devido a deslizamento da parede, de fluxo tampão, de bandas de cisalhamento e pasta de derramamento. Deste modo, os estudos anteriores focada em medições de cisalhamento oscilatório 10, 17, 21 ou sobre a caracterização de baixa pastas de prata concentradas, os chamados tintas 3, 6, 15, para os quais os fenómenos acima mencionados são improváveis de ocorrer.

Os protocolos para a caracterização robusta e significativa do comportamento do fluxo de pastas de prata concentradas pode ser definido com a ajuda de gravações de vídeo. Um reómetro de cisalhamento de rotação com um elemento da amostra de placas paralelas é utilizada no presente estudo, demonstrando claramente que o fluxo de ficha, a parede de deslizamento, e ao corte de bandas dependem da placa grosseiraness de uma maneira não trivial.

Em trabalhos anteriores, o desenvolvimento dependente do tempo de deslizamento parede em fluxo de torção constante de suspensões concentradas foi examinada quanto diferente rugosidade placa. O fluxo de suspensões altamente concentradas de esferas de vidro sólidos em solução ligante de polímero foi visualizado e um aumento da rugosidade placa ou cilindro interno impedida deslizamento parede. No entanto, aumentando a rugosidade da placa resultou em fractura das amostras 22, 25. Fractura ocorreu a taxas menores de corte aparente quando a rugosidade da parede foi aumentada. As pontas das asperezas das superfícies rugosas podem actuar como pontos de concentração de tensão na superfície da placa, iniciando fractura a tensões de corte τ menor do que a tensão de cedência τ y 25.

deslizamento parede é considerada importante para o desempenho de impressão de tela de pastas altamente concentrados. O passado e desliza através da malha mais fácil em maior deslizamento parede e o seu depósito sobre o substrato é aumentada significativamente 32. Com a ajuda de gravações de vídeo, deslizamento de parede pode ser directamente observado para diferentes protocolos experimentais. A velocidade de deslizamento pode ser determinado directamente a partir da velocidade angular da placa rotativa usando chapas lisas com baixa rugosidade. Mas a determinação comportamento de fluxo em pastas de prata é uma limitação inerente. As suspensões são não-transparente, observações no campo de fluxo de modo óptica só pode ser feito na borda amostra. Estudos anteriores tentaram determinar deslizamento parede e deformação dentro das amostras simultaneamente. Eles observaram deslizamento abaixo do limite de elasticidade aparente e encontrada uma dependência quadrática da velocidade de deslizamento sobre a tensão de cisalhamento. O comportamento do fluxo de suspensões de argila transparentes foi investigada por Pignon 27 na sequência da deformação de uma linha de corante de pigmento injectado dentro do material a granel. Persello et al.refex "> 26 têm investigado as suspensões de sílica aquosas concentradas. Eles encontraram que o aumento da placa de rugosidade para suprimir deslizamento da parede não resultar em uma deformação da amostra homogénea mas provocou fractura grandes quantidades. deslizamento e deformação da amostra em pastas de partículas de microgel macios e emulsões concentradas tem sido intensivamente discutidos em uma série de artigos 28, 29, 30, 31. partículas traçadores fluorescentes foram utilizados para determinar o campo de fluxo dentro destas amostras transparentes em uma geometria de cone e prato. Eles encontraram uma característica velocidade de deslizamento V * no limite de elasticidade aparente da respectiva material e uma lei de potência para o aumento da velocidade de deslizamento com τ tensão de corte abaixo τ y. um expoente de uma foi encontrada para partículas não-aderentes e dois no caso de fraca atracção entre as partículas e a parede.

No estudo apresentado a elae o desenvolvimento de deformação e de fluxo sob tensão controlada e as condições das taxas de cisalhamento controladas é monitorizada. Em contraste com os resultados relatados na Referência 25, aumentando a rugosidade da placa não resultar na fractura para ambas as pastas investigados. Além disso, a parede de deslizamento e de fluxo tampão não pode ser suprimida simplesmente por aumento da rugosidade da placa. Estes fenómenos parecem ser controlada pela relação do tamanho das partículas e da rugosidade placa. conjuntos de derramamento da amostra na a uma velocidade de rotação característica presumivelmente determinada pelo equilíbrio entre as forças centrífugas que actuam sobre e atrito na placa do reómetro. No entanto, a gama de velocidade de corte, em que a determinação da viscosidade é possível pode ser determinada, e simultaneamente deslizamento parede pode ser quantificada. Além disso, um reómetro capilar é usado para determinar a viscosidade com velocidades de cisalhamento mais elevadas relevantes para o processo de impressão.

Apesar das dificuldades com a constante de cisalhamento reometria, cisalhamento oscilatório bem definida deformação cum ser implementada facilmente. Um teste de três estágios de oscilação (frequência constante, diferentes amplitudes de oscilação) simula o processo de impressão de tela 10 e permite estudar a recuperação estrutural da pasta:

Na primeira "pré-impressão" passo, uma pequena deformação é aplicado para determinar as propriedades elásticas e viscosas em repouso. O segundo "impressão" passo simula o revestimento de lâmina e a pasta passando a tela de malha através da aplicação de uma amplitude suficientemente elevada deformação quebrar a estrutura de colar. No "pós-impressão" passo final, uma pequena deformação é aplicado para detectar a recuperação estrutural da pasta. O valor inicial do módulo deve ser alcançado rapidamente para evitar a pasta de espalhar, mas não muito rápido para evitar meshmarks. As investigações aqui apresentados confirmam que a recuperação estrutural está incompleto como previamente relatado por Zhou 21. Zhou poderia mostrar que a mudança estrutural é causadapela quebra de aglomerados de enchimento de material de enchimento de matriz de dissociação usando partículas de prata em suspensão numa solução de acetato de celulose. As gravações de vídeo neste estudo revelam que a alteração estrutural irreversível observada não é um artefacto relacionada com a ocorrência de deslizamento da parede, de bandas de cisalhamento, de fluxo tampão ou derramamento da amostra. Além disso, verificou-se que o grau de ruptura estrutural depende fortemente da amplitude de deformação aplicada na fase dois, mas dificilmente depende do intervalo de tempo da tensão aplicada. Este aspecto não foi percebida nos experimentos de Zhou. A influência da composição da pasta em colapso e recuperação estrutural será discutido num artigo subsequente.

Finalmente, um método para simular o comportamento de pasta durante a tela snap-off é apresentado. A separação capilar reómetro de alongamento e um verificador elástico comercial são usados ​​para determinar a relação de estiramento na qual as pastas de quebrar e a força axial máxima durante o alongamento em funçãoda velocidade de alongamento.

As gravações de vídeo têm acabou por ser indispensável para encontrar os protocolos de medição adequadas necessárias para uma caracterização reológica significativa de pastas de prata, utilizando reometria rotacional de placas paralelas. Os dados de vídeo permitiu a determinação da velocidade de corte e os regimes de tensão de cisalhamento na qual os valores limite de elasticidade aparente fisicamente bem definida e de viscosidade poderiam ser determinados. A escolha apropriada de rugosidade placa e os parâmetros de separação de placa baseou-se também estas gravações de vídeo. configurações experimentais para que deslize parede, o fluxo de tampão puro, bandas de cisalhamento ou derrames ocorrem amostra poderia ser inequivocamente identificadas. As pastas investigados aqui são usados ​​para metalização lado frontal de células solares. No entanto, um vídeo cuidadosa suportado caracterização reológica também é importante para vários outros tipos de suspensões concentradas incluindo alta densidade, partículas micronizadas.

Protocol

Atenção: Por favor, consulte todas as folhas de dados de segurança pertinentes (MSDS) antes do uso. Vários dos componentes utilizados para a formulação de pasta de prata são altamente tóxicos, carcinogénico e substâncias perigosas para a água. Utilize todas as práticas de segurança adequadas ao manusear com pastas de prata (equipamentos de proteção individual - óculos de segurança, luvas, jaleco, calça de corpo inteiro, fechou-toe sapatos). Além disso, trabalhar com o reômetro exige trabalhar com cuidado. Proteger as mãos de ser preso durante os movimentos geométricos na posição de medição.

1. Medidas de rotação de cisalhamento - Relatório de Medição

  1. determinação da viscosidade aparente - taxa controlada medições de cisalhamento
    1. Levar a cabo experiências de cisalhamento de rotação usando um reómetro de placas paralelas com a geometria (placa rugosidade R q = 2-4 mm, diâmetro placa d = 25 mm). O volume de pasta é necessária 0,49 mL.
      1. Ajusta amedição configurações para determinação da viscosidade. Realizar medições no modo de velocidade de corte controlada por passos Equação = 0,01 s -1 - 1000 s -1 em 40 passos. O tempo de medição é de 1.200 s.
      2. Coloque o equipamento para gravar o intervalo de medição na posição: tripé de câmera com a câmera endoscópica anexado, refletor LED, eo computador externo para salvar as gravações. Ajustar a câmera endoscópica, por exemplo, contraste e brilho do campo de exposição.
      3. Assim, antes de encher o vazio reómetro, misturar a amostra no reservatório de modo que a pasta é misturada homogeneamente.
      4. Preencher a lacuna reómetro com a amostra de pasta de prata misto.
        NOTA: Para uma altura do espaço vazio de medição de h extremidade = 1 mm, de primeiro ir para uma posição espaço hi 1 = 1,05 mm para remover o excesso de amostra a partir da borda da geometria do reómetro. depois de clearing-se o excesso de amostra, alterar a posição em altura do intervalo real de h 1 h à extremidade.
      5. Para visualizar o fluxo de pasta no intervalo de medição, marcar a pasta com partículas de fuligem na mesma linha vertical.
      6. Antes de iniciar a medio, esperar cerca de 5 minutos até que as forças normais no fosso ter deteriorado.
      7. Iniciar a medição. Inicie o dispositivo de medição e gravação de vídeo ao mesmo tempo para seguir a pasta na brecha e correlacionar as configurações de medição, resultados reometria, e gravações de vídeo corretamente.
      8. Repetir a medição passos 1.1.1.3 - 1.1.1.7 pelo menos três vezes.
      9. Traça-se a aplicação viscosidade aparente η versus taxa de corte aparente Equação aplicativo logarítmica. Avaliar as gravações de vídeo para verificar a seção de dominar deslizamento parede, a seção de pasta de deformação, ea seção do derramamento de amostra. Os ajustes de parâmetros para que um sh uniformeperfil de orelha é formada pode ser detectada facilmente com base nas gravações de vídeo (Figura 1).
        NOTA: A tensão de corte na extremidade da placa é calculado a partir do binário aplicado gravado pelo reómetro e a taxa de corte aparente na borda da placa no estado estacionário. A taxa de corte aparente é referido a velocidade angular do prato e a altura do espaço hi no raio máximo da placa.
  2. Rendimento determinação estresse - uma comparação das medições controlada de tensão de cisalhamento com diferente rugosidade placa e a geometria de palhetas
    1. Rendimento de medição de tensões com uma rugosidade da placa de R q = 1,15? M.
      1. Para medições com R q = 1,15? M, a utilização do reómetro B com um diâmetro de placa d = 20 mm. O volume de pasta necessária é de 0,31 mL.
      2. Ajustar as configurações de medição para medição de tensão de cedência. Realizar medições em controlada gradual de tensão de cisalhamento mode. Variar entre a tensão de corte de 1 Pa a 3000 Pa em 35 etapas, com um tempo total de medição de 1,050 s.
      3. Montar um tripé de câmera com a câmera acoplada endoscópica, um refletor LED, eo computador externo com software para salvar as gravações de vídeo. Ajustar as configurações da câmera endoscópica, por exemplo, o contraste eo brilho do campo de exposição.
      4. Antes de preencher a lacuna de medição com pasta de prata, misturar a amostra no seu reservatório para garantir que ele é misturado homogeneamente. Utilizar um misturador de velocidade (30 segundos a 1000 rpm). Depois de misturar, encher a abertura com colar.
      5. Levar uma pequena quantidade de pasta misturada, aplicá-lo para a placa inferior do reómetro de placas paralelas e trazer a placa superior para uma posição de medição.
        NOTA: Para uma medição com altura h lacuna final = 1 mm, de primeiro ir para a posição de espaço hi 1 = 1,05 mm e remover o excesso de amostra a partir da borda da geometria do reómetro. Depois de limpar o excesso de samplo, alterar a posição em altura do intervalo real de h 1 h à extremidade.
      6. Marcar o colar no intervalo de medição com partículas de fuligem na mesma linha vertical. Isto permite a visualização da deformação pasta e o fluxo na abertura, bem como o deslizamento da parede.
      7. Antes de iniciar a medio, esperar cerca de 5 minutos até a força normal na placa superior desapareceu.
      8. Inicie a medição agora. Inicie o dispositivo de medição e gravação de vídeo ao mesmo tempo para seguir a pasta na brecha e atribuir as configurações de medição corretas para gravações de vídeo.
      9. Continue a medição até que a pasta é derramado para fora da fenda.
      10. Repetir a medição no total de três vezes. Para cada medição, limpar o intervalo de medição com etanol e repetir os passos 1.2.1.4 - 1.2.1.9.
      11. Quando a medição está concluída, traçar a deformação γ vs τ tensão de cisalhamento logaritmicamente e determinar a tensão de cedência do meio utilizando o tangenmétodo de ponto de intersecção 33 t.
    2. Rendimento de medição de tensões a uma rugosidade placa de R q = 2-4? M.
      1. Para medições com R q = 2-4? M, a utilização do reómetro A com um diâmetro de placa d = 25 mm. O volume de pasta é necessária 0,49 mL.
      2. Repetir os passos 1.2.1.2 - 1.2.1.11 para medições de tensão de escoamento com uma placa de rugosidade R q = 2 - 4 mm.
    3. Rendimento de medição de tensões a uma rugosidade placa de R q = 9? M.
      1. Para medições com R q = 9? M, a utilização do reómetro B com um diâmetro de placa d = 20 mm e o volume necessário colar 0,31 mL. Use fita adesiva dupla cara para anexar pedaços de lixa para as placas correspondentes seu diâmetro.
      2. Repetir os passos 1.2.1.2 - 1.2.1.11 para a medição de tensão de cedência com uma placa de rugosidade R q = 9? M.
    4. estressores rendimentomedição s com a geometria de pás.
      1. Para as medições de tensão de cedência com a geometria de palhetas, usar reómetro C.
      2. Ajustar as configurações de medição para medição de tensão de cedência. Efectuar as medições no modo de tensão de corte controlada passo a passo como medições de placas paralelas em 1.2.1, 1.2.2 ou 1.2.3. Os valores dos parâmetros são τ = 1 - 3000 Pa em 35 etapas e um tempo de medição total de 1,050 s.
      3. Antes de encher o copo de medição cilíndrica com a amostra, misturar a amostra no seu reservatório para garantir que a amostra é misturada homogeneamente. Após a mistura encher o copo de medição cilíndrica com 10 ml de pasta de prata.
      4. Mover a geometria palheta para a posição de medição e esperar cinco minutos.
      5. Inicie a medição agora.
      6. Para obter resultados confiáveis, repita a medição pelo menos três vezes.
      7. Quando a medição está concluída, traçar as γ deformação contra τ tensão de cisalhamento logaritmicamente e determinar o limite de elasticidade aparente usandoo método do ponto de intersecção da tangente, tal como descrito acima.
  3. observação deslizamento parede
    1. Realizar observações parede de deslizamento com uma placa de rugosidade R q = 1,15? M utilizando reómetro B com um diâmetro placa d = 20 mm.
      1. Ajuste as configurações de medição para a determinação parede deslizamento. Realizar medições em modo de tensão de corte controlada por tensões de corte seleccionadas entre 400 Pa e 1300 Pa e um tempo de medição de um total de 300 s.
      2. Colocar o equipamento para as gravações do intervalo de medição em posição: tripé câmara com a câmara endoscópica em anexo, projector LED e o computador externo para guardar as gravações. Ajustar a câmera endoscópica, por exemplo, contraste e brilho do campo de exposição.
      3. Antes de preencher a lacuna de medição com pasta de prata, misturar a amostra no seu reservatório para garantir que ele é misturado homogeneamente.
      4. Preencher a lacuna reómetro com a amostra de pasta de prata misturado.
      5. Marcar o colar no intervalo de medição com partículas de fuligem na mesma linha vertical para observação do comportamento de fluxo.
      6. Antes de iniciar a medição esperar cerca de 5 minutos até que as forças normais no fosso ter deteriorado.
      7. Iniciar a medição. Inicie o dispositivo de medição e gravação de vídeo ao mesmo tempo para seguir a pasta na brecha e correlacionar as configurações de medição, resultados reometria e gravações de vídeo corretamente.
      8. Repetir os passos 1.3.1.3 - 1.3.1.7 três vezes para cada tensão de corte seleccionada.
      9. Traça-se a parede de deslizamento velocidade v deslizamento versus τ tensão de cisalhamento para exibir o comportamento de deslizamento da parede (Figura 9).
  4. investigação derramamento da amostra durante a medição de cisalhamento rotacional
    1. Levar a cabo uma investigação derramamento da amostra com reómetro A (diâmetro placa d = 25 mm e o volume de pasta necessária 0,49 mL).
      1. Para determinar a dependência do aparecimento de derramamento da amostra no intervalo altura hExecutar os passos 1.1.1.1 - 1.1.1.8 em diferentes alturas de hiato.
        NOTA: Para uma medição com
        h extremidade = 0,2 milímetros primeiro ir para a posição de espaço hi 1 = 0,21 mm e remover o excesso de amostra
        a partir da borda da geometria do reómetro
        h extremidade = 0,5 milímetros → h 1 = 0,51 milímetros
        h extremidade = 1,0 milímetros → h 1 = 1,05 milímetros
        h extremidade = 1,5 milímetros → h 1 = 1,55 milímetros
        h extremidade = 2,0 milímetros → h 1 = 2,05 milímetros
      2. Os resultados apresentam-se como um gráfico da viscosidade aparente app η versus taxa de corte aparente Equação app para diferentes alturas de folga (Figura 10). Determinar a torção nesta curva e o correspondente n crit crítico velocidade de rotação e traçar este contra a altura do espaço vazio h (Figura 11).
  5. Caracterização reológica umt altas taxas de cisalhamento realizada com reómetro capilar
    1. Realizar medições reómetro capilar usando um bocal com uma secção transversal circular. Usar um bocal com um diâmetro de d = 0,5 mm e o comprimento L = 40 mm aqui. O diâmetro do reservatório de alimentação é d alimentação = 20 mm.
      1. Ajustar as configurações de medição de velocidade (de pistão entre 0,001 milímetro s-1 e 20 mm, s -1). Realizar medições em velocidade de corte controlada passo a passo, 5 s para cada ponto de medição.
      2. Misturar a amostra para assegurar a pasta é misturada homogeneamente e encher-se o reservatório de alimentação com 78,5 mL de pasta de prata.
      3. Traga o êmbolo na posição de medição e iniciar a medição.
      4. Calcular a tensão de cisalhamento a partir da diferença de pressão entre a câmara de amostras e saída do tubo capilar. Determinar esta queda de pressão através de um transdutor de pressão de 500 bar. Da ficha, pelo menos, 5 valores de pressão para cada velocidade do pistão seleccionada.
      5. Continue a medição até a res alimentaçãoervoir está vazia.
      6. Repetir a medição (passos 1.5.1.2 - 1.5.1.5) três vezes.
      7. Calcular a taxa de corte aparente a partir da taxa de fluxo volumétrico usando velocidade do pistão e o diâmetro do reservatório de alimentação e realizar a correcção de Weissenberg-Rabinowitsch. Calcular a tensão τ parede de cisalhamento W da diferença de pressão medida 34. A viscosidade aparente é então dada como η app = τ w / Equação aplicação. Finalmente, traçar a viscosidade aparente versus taxa de corte aparente para completar a caracterização reológica a velocidades de cisalhamento elevadas (Figura 12).

2. Medidas cisalhamento oscilatório

  1. varredura amplitude
    1. Realizar medições de varrimento de amplitude com reómetro A utilizando uma placa de diâmetro de d = 25 mm e uma aspereza R q = 2-4? M. o requirvolume de pasta é ed 0,49 mL.
      1. Ajuste as configurações de medição para medição de varredura amplitude. Realizar medições em amplitude de deformação controlada Equação = 0,01 - 100% e uma frequência constante de f = 1 Hz em 35 etapas.
      2. Repita os passos 1.2.1.3 - 1.2.1.8 para completar a amplitude varrer três vezes. Limpar o intervalo de medição com etanol antes de cada medição.
      3. Traça-se a módulos G' e G '' versus a amplitude de deformação Equação logaritmicamente (Figura 13). A gama de amplitude de deformação em que G'> G '' e ambos os módulos de correr paralelo independente da amplitude de deformação Equação , É o regime viscoelástica linear (LVE). Para os ensaios de recuperação estruturais escolher uma amplitude de deformação a partir desta área de fase I e fase III . Para o passo II do teste subsequente recuperação estrutural de três estágios seleccionar a amplitude de deformação de 10% maior do que Equação se cruzam em que G'= G '' para assegurar uma quebra estrutural para baixo entre os testes de recuperação estruturais.
  2. teste de recuperação estrutural de três estágios
    1. Realizar testes de recuperação estruturais com reómetro Um equipadas usando uma placa com diâmetro d = 25 mm e rugosidade R q = 2-4? M. Use as configurações de determinados nos experimentos de varredura de amplitude (2.1). O volume de pasta é necessária 0,49 mL.
      1. Levar a cabo o teste de oscilação em três fases com diferentes amplitudes de oscilação a uma frequência constante (f = 1 Hz).
        NOTA:
        Fase I: amplitude de oscilação pequeno dentro do LVE é aplicada durante um período de 300 s para obter os módulos de cisalhamento do estado inicial. Para pasta Bfiles / ftp_upload / 55377 / 55377eq2.jpg"/> I = 0,025%.
        Fase II: A amplitude grande estirpe ( Equação II = 80%), determinado no passo 2.1 é aplicado no modo de corte oscilatório para t = 50 s II, 150 ou 600 s s para investigações dependência do tempo. Para investigações dependência deformação as amplitudes de deformação entre Equação II = 0,025% e Equação II = 100% são aplicados para cada constante de tempo (t = 150 II s).
        Fase III: A mesma pequena amplitude de oscilação como na fase I é aplicado para 1.200 s a seguir a recuperação ao longo de um período mais longo de tempo.
      2. Repita os passos 1.2.1.3 - 1.2.1.8 para completar três oscilação fase testa três vezes. Limpar o g medindoAP com etanol antes de cada medição.
      3. Traça-se a módulos G' e G '' em função do tempo num gráfico em papel semilogarítmico (ver Figura 14 e Figura 15 (a)).

3. Alongamento Comportamento Determinação - uma Simulação Snap-off

  1. Alongamento medições comportamentais com o reómetro capilar elongacional rompimento
    1. Executar alongamento experiências com o reómetro capilar de alongamento ruptura. Utilizar dois êmbolos cilíndricos com um diâmetro d = 6 mm. Esticar as pastas em diferentes velocidades a partir da altura do espaço vazio inicial h = 1 milímetro até as quebras do filamento.
      NOTA: Por favor note que este não é um experimento de desbaste filamento típico controlado pela tensão superficial. Este teste também pode ser feito com uma malha de tela ligada com o lado da emulsão sobre o pist superior e um substrato de bolacha na parte inferior. este waprocesso de impressão y durante a metalização de mono- e multicristalino industrialmente pré-processado Si-bolacha é imitado.
      1. Ajuste as configurações de medição para esticar experimentos. Variar as velocidades de alongamento (por exemplo: 7,5 milímetros s -1, 11 milímetros s -1 e 110 milímetros s -1) para ver a mudança de deformação de filamentos e comportamento dissolução.
      2. Ligue a câmera de alta velocidade para gravar a mudança na forma de filamentos. Definir a taxa de quadros de mínimo 250 fps e ligar a luz de fundo para rastrear a deformação de filamentos. Também ajustar as configurações da câmera de alta velocidade, especialmente a nitidez da imagem, o contraste eo brilho do campo de exposição.
      3. Antes de preencher a lacuna de medição com pasta de prata, misturar a amostra no seu reservatório para garantir que a pasta é homogeneamente misturado. Depois de misturar, encher-se o intervalo de medição com a pasta.
      4. Tomar uma pequena quantidade (28,3 ul) da pasta misturada a aplicá-lo sobre o pistão inferior. Trazer o upper pistão para a posição de medição (medição da altura do espaço vazio h = 1 mm) e limpar o excesso de amostra a partir da borda da geometria.
      5. Inicie o dispositivo de medição e as gravações da deformação de filamentos, ao mesmo tempo.
      6. Repetir a medição três vezes. Para cada medição, limpar o intervalo de medição com etanol e repetir os passos 3.1.1.3 - 3.1.1.5.
      7. Escolher a primeira quebra do filamento imagem que mostra a avaliar a posição do pistão x pausa no qual as quebras do filamento. Calcular a relação de estiramento crítica (x l - x 0) / 0 x = Ax l / x 0. Determinar esta quantidade por diferentes velocidades de alongamento (Figura 16).
  2. Alongamento de medição de força de tracção com o dispositivo de teste
    1. Para experiências de tracção tester usar um pistão com um diâmetro d = 5 mm. Grave o resultado de dezsile força durante o estiramento.
      1. Ajuste as configurações de medição para esticar experimentos. Variar as velocidades de alongamento, por exemplo, v = 10 milímetros s -1, 20 milímetros s -1, 30 milímetros s-1, a 40 mm s-1 e medir a alteração em alongamento força com uma célula de carga de 50 N. Definir a altura da folga inicial h a h = 1 mm e a posição final a fim de h = 12 mm.
      2. Antes de preencher a lacuna de medição com pasta de prata, misturar a amostra no seu reservatório para garantir que a pasta é homogeneamente misturado.
      3. Aplicar a pasta à placa de fundo do dispositivo de teste de tracção. Trazer a placa superior para a posição de medição e limpar o excesso de amostra a partir da borda da geometria.
      4. Inicie o dispositivo de medição e as gravações do alongamento do filamento ao mesmo tempo.
      5. Repetir a medição três vezes. Para cada medição limpar o intervalo de medição e repetir os passos 3.2.1.2 - 3.2.1.4.
      6. Do F vs. [6; x dados a máxima força F max detectado durante a extensão e a razão de estiramento na ruptura Ax lg / x 0 são obtidos como se mostra na Figura 17 (a). Lote Ax l / x 0 contra as diferentes velocidades de alongamento (Figura 17 (a)). Lote F max versus alongamento de velocidade (Figura 17 (b)).

Representative Results

A viscosidade é um parâmetro chave no processamento de fluido e para fluidos multifásicos sua dependência da taxa de deformação é muitas vezes determinada utilizando reometria rotacional de placas paralelas. Para suspensões altamente concentradas isto não é nem um, nem uma tarefa trivial para a frente e a definição de um protocolo de medida apropriado pode ser um desafio. Aqui demonstra-se como altamente concentradas pastas de prata pode ser caracterizado reologicamente combinando reometria e gravações de vídeo rotacionais. Um protocolo experimental robusto para determinação da viscosidade de cisalhamento constante é estabelecido e o intervalo de taxa de cisalhamento é determinado acessível. A Figura 1 representa uma vista geral de viscosidade aparente e tensão de corte aparente versus taxa de corte aparente aplicada para colar B. A medição é feita com uma rugosidade da placa de R q = 2-4? M. Recortes de gravações de vídeo permitir a divisão da curva de fluxo obtidas em trêsSeções. Na seção de um deslizamento parede domina. A placa superior desliza sem pasta de deformação. Nesta secção, a tensão de cisalhamento é constante. Colar deformação define em pelo Equação min, app = 0,07 s -1 marcando o início da sessão de dois. Ao mesmo tempo, a tensão de corte começa a aumentar. A deformação da pasta e o aumento de stress monotonicamente até três secção é atingido. A uma taxa de corte crítica ou velocidade angular da pasta arrasta-se para fora da folga e ao mesmo tempo a viscosidade aparente e gota tensão de cisalhamento fortemente devido ao derramamento da amostra. Deste modo, as curvas de viscosidade e tensão de corte exibem uma característica torção que ocorre em cerca de
Equação max, app = 2,5 s-1. este Equação max, app marca o início daderramamento da amostra. Quanto maior for a velocidade de corte mais rápido a pasta é ejectado. A viscosidade da pasta é acessível apenas na gama de velocidade de corte na Equação min, ap < Equação aplicativo < Equação max, app. No entanto, uma vez que a deformação dentro do intervalo não é conhecida, a priori, e não devem ser os mesmos como observado na borda os dados de viscosidade, mesmo nessa gama de velocidade de corte nominal tem de ser tratado como os valores aparentes. O aplicativo τ tensão de corte na borda da placa Rmax é calculado a partir do binário T aplicada da seguinte maneira
τ app = T (2π rmax 3) -1 [3 + d (ln t) / d (ln Equação app)]. A taxa de corte aparente Equaçãoapp na borda da placa é calculado a partir da Ω velocidade angular do prato e a altura do espaço vazio h de acordo com Equação app = Ω (Rmax / h) 34. Uma vez que a deformação verdadeira e tensões dentro do intervalo não são conhecidos estes valores da taxa de esforço de cisalhamento e calculados têm que ser tratados como valores aparentes ou nominais.

Em matéria mole frequentemente uma tensão crítica, o chamado aparente de tensão de cedência τ y, app, é encontrado em que uma transição a partir de uma deformação elástica reversível ao fluxo irreversível é observada. Este limite de tensão é um factor chave na formulação da pasta sobre a serigrafia clássica, bem como técnicas de fabrico aditivo emergentes. Uma tensão de alto rendimento é desejável para garantir precisão forma após a impressão. Geralmente, o limite de elasticidade aparente édeterminada a partir da torção na deformação em função da curva de tensão de cisalhamento usando o método de intersecção da tangente como exemplarmente mostrado na Figura 2. Muitas vezes, isso é feito usando a chamada geometria palhetas garantir resultados confiáveis e significativos sem o efeito de deslizamento 35, 36. Medindo a tensão de cedência com a geometria de placas paralelas é uma outra opção que tem de ser cuidadosamente validado. deslizamento da parede ou de bandas de cisalhamento frequentemente fenómenos observados nas suspensões altamente cheios podem interferir com a avaliação de tensão de cedência. Portanto, o efeito da rugosidade da placa em τ y, determinação app é investigada. Os resultados para os valores de tensão de cedência obtidos para pasta de A e B, em experiências de varrimento de tensão em diferentes rugosidade da placa são mostrados na Figura 3. O aumento da rugosidade da placa provoca um aumento no limite de elasticidade aparente calculado, enquanto que a variação da altura do espaço vazio h não afecta determination desta quantidade. A Figura 4 apresenta recortes do vídeo feita para colar uma a uma rugosidade placa de R q = 1,15 m e uma altura do espaço vazio de h = 1 mm. As partículas de fuligem foram colocados na borda de exemplo como um marcador de imagem e vídeo endoscópica foi utilizado para caracterizar a deformação no aro amostra. A pasta desliza sobre a placa de fundo em tensões até τ app = 600 Pa, enquanto que adere à placa superior. Um fluxo em pistão é formada na abertura de medição, isto é, a amostra não está deformada e a determinação de um limite de elasticidade aparente ou viscosidade é inútil até mesmo embora uma torção no correspondente deformação aparente em função da curva de tensão de cisalhamento parece sugerir uma transição de deformação elástica para fluxo viscoso. Comportamento semelhante é obtido para outras alturas de hiato para colar um colar, bem como B. Assim, uma rugosidade placa de R q = 1,15? M não é apropriado para a determinação da tensão de cedência ou viscosidade de tais pastas de prata altamente preenchidos. Em contraste, para uma placa de rugosidade R q = 2-4? M (conforme declarado pelo fabricante) de imagens de vídeo confirma a formação de um perfil de deformação de corte no rebordo (Figura 5) como necessário para uma medição reológica fiável e bem definida. Fluxo tampão é evitado e para colar um fluxo uniforme define em pelo τ app = 1360 Pa. Comportamento de fluxo semelhante foi observado para a pasta de B. Assim, esta escolha de placa de rugosidade permite uma medição de tensão de cedência de confiança. Escolhendo uma maior placa de rugosidade R Q = 9? M resulta em valores de tensão mais elevado do que o rendimento obtido por placa rugosidade R q = 1,15? M e R q = 2-4? M. Este efeito é muito mais pronunciada para a pasta A do que para a pasta de B. As gravações de vídeo mostra que nenhum perfil de corte é formada com pasta de A durante esta medição (Figura 6). Com uma tensão τ app = 1880 Pa a pla superiorte começa a se mover sem a pasta de deformação. Uma tensão de aplicativo τ = 2605 Pa provoca deslizamento do colar sobre a placa de fundo ainda sem pasta de deformação. A tensão crítica correspondente à torção na deformação vs curva de tensão não marca a passagem do elástico à deformação viscoso, isto é, não é a tensão de cedência aparente. Em vez disso, marca o início de deslizamento e ficha de fluxo e tem de ser considerada como deslizamento crítica estresse τ deslizamento. Em contraste, não se observou qualquer fluxo tampão para colar B, utilizando o R q = 9? M placa (Figura 7). A deformação da pasta começa no τ app = 1430 Pa e é totalmente desenvolvido na τ app = 1597 Pa. A mais elevada tensão de corte (τ app = 1880 Pa) de corte de bandas ocorre, ou seja, apenas uma fina camada intermédia da amostra é cisalhada. O limite de elasticidade aparente obtida a partir da deformação versus dados de stress com o R q = 2-4? m no caso de pasta de B, mas não faz sentido usar esta placa áspera para τ y, determinação aplicação de pasta de A. Para verificar o de placas paralelas R q = 2 - 4? m resultados, o limite de elasticidade aparente foi também medida com a geometria de pás. Esta geometria inerentemente não é afectada por efeitos de deslizamento de parede e o início de rotação de palhetas rápida numa determinada tensão aplicada é inequivocamente relacionados com a quebra estrutural na pasta no plano cilíndrico definida pelo diâmetro da palheta 35, 36. A Figura 8 mostra que os resultados obtidos usando a geometria de palhetas concordam muito bem com os obtidos a partir de reometria de placas paralelas com R q = 2-4? M. Com base nos resultados apresentados acima, todas as experiências seguintes foram realizadas utilizando uma placa com rugosidade R q = 2 - & #160; 4? M, excepto para as medições de velocidade de escorregamento da parede. As placas com rugosidade R q = 1,15? M e R q = 9? M não pode ser recomendada para limite de elasticidade aparente e a determinação da viscosidade de pastas de prata ou outras suspensões altamente preenchidos semelhantes àqueles aqui investigados. Finalmente, refere-se que o limite de elasticidade aparente da pasta A é maior do que a pasta de B.

deslizamento parede é outro parâmetro importante para impressão bem-sucedida. Quanto maior o escorregamento da parede, melhor a pasta flui através das aberturas da malha da tela 32. A velocidade de deslizamento da parede, ou seja, a velocidade relativa da placa móvel e a camada de pasta adjacente, pode ser avaliada directamente a partir de gravações de vídeo independentemente de fluxo tampão ou deformação de cisalhamento que prevalecem na lacuna. Uma placa superior lisa e uma placa de fundo áspera tem que ser usada para realizar estas experiências 25 27, 28, 30. Se a amostra dentro do fosso está em repouso, a velocidade de deslizamento está directamente determinado pela velocidade da placa superior. A Figura 9 mostra a velocidade de deslizamento da parede versus a tensão de corte, tal como determinado sob esta últimas condições utilizando uma placa com R q = 1,15? M. Deslizamento claramente ocorre a tensões muito abaixo do limite de elasticidade aparente semelhante, como observado para emulsões e pastas de partículas de microgel macio 28, 29, 30 concentradas. Para pasta de A, as velocidades de deslizamento superior de parede são obtidos do que para a pasta de B independentemente do esforço aplicado. Em ambos os casos, deslizamento velocidade aumenta linearmente com a tensão aplicada. No entanto, o declive obtido m A = 0,33? M (Pa s) -1 para a pasta A é cerca de três vezes maior do que a inclinação m B = 0,12 μm (Pa s) -1 obtido para colar B. similares como observado previamente 28, 29, 30, uma característica velocidade de deslizamento V * a cerca de um nível de tensão correspondente à tensão de cedência é encontrada acima e τ y deslizamento é dificilmente mensuráveis. Para pasta de A e B, V = A * 0,37 milímetros s-1 e V = B * 0,11 milímetros s-1, respectivamente.

O transbordamento amostra é atribuída à forte força centrífuga que actua sobre as partículas micronizadas de alta densidade e, portanto, deve ser controlada pela velocidade de crit n angular ou de rotação em que a força centrífuga domina sobre atrito viscoso. Para testar isto, a altura do espaço vazio de medição h foi aumentado de 0,2 mm para 2 mm. A intensidade da amostra de transbordamento aumenta com a altura do espaço hi e velocidade de corte. Quanto maior a altura do espaço vazio as anteriores de amostras de derramamento de conjuntosem, ou seja Equação Crit é mais baixo (Figura 10). A Figura 11 demonstra que os conjuntos de derramamento da amostra em pelo um n crit crítico velocidade angular independentemente da amostra altura h entre 0,5 mm e 2 mm. Para pasta de A, a velocidade de rotação é crítico n crit, Um ≈ 0,6 min @ 1 e para colar B é n crit, B ≈ 1,7 min -1. A constatação crit n, A <n crit, B pode ser devido à viscosidade do veículo ou diferente, devido à variação de tamanho das partículas de prata. No entanto, ambas as pastas apresentam valores muito mais elevados n crit para uma medição de diferença de altura h = 0,2 mm. Assim, diminuindo a altura do espaço vazio permite um intervalo de taxa de cisalhamento mais larga em que a determinação da viscosidade é possível. A razão para os valores crit alta n encontrada para H = 0,2 milímetros ainda não é clara. Isso pode ser devido a uma contribuição mais forte da superfície de dezsion no aro amostra ou devido à formação de agregados de entupimento da abertura estreita. Investigações adicionais são necessários para esclarecer isso. A Figura 10 confirma ainda que para Equação app = 0,07 s -1 - 2,5 s -1 os dados de viscosidade aparente obtidos em diferentes alturas de hiato não variar sistematicamente, isto é, de deslizamento da parede é insignificante sob estas condições experimentais. Variando a velocidade de cisalhamento de alto para baixo ou de baixo para valores elevados produz os mesmos dados de viscosidade, desde que n crit não for excedido, isto é, sem derrames tem lugar, isto é, não há nenhuma evidência de mudanças estruturais irreversíveis no interior da amostra.

Um reómetro capilar é usado para determinar a viscosidade da pasta, especialmente a taxas de cisalhamento elevadas orientadas para o processo. A correção Weissenberg-Rabinowitsch para não-parabólica perfil de velocidade is feito aqui para obter a taxa de cisalhamento verdade no caso dos fluidos não-newtonianos 34. A perda de pressão de entrada é insignificante devido à relação elevada / d G >> 1, mas a ocorrência de deslizamento parede não foi investigada no presente caso e, portanto, os dados têm de ser tratadas como valores de viscosidade aparente. A Figura 12 mostra a viscosidade aparente para tanto pastas A e B com determinada reometria rotacional de placas paralelas e reometria capilar. Notavelmente, os dados obtidos a partir de ambas as técnicas experimentais parecem concordar muito bem para ambas as pastas, sugerindo que o deslizamento da parede é de menor relevância nas medições de reometria capilar realizadas aqui. Finalmente, pasta de A e B exibem viscosidade aparente semelhante para velocidades de corte baixas, mas a viscosidade da pasta A é maior do que a pasta de B no regime de alto cisalhamento.

medições de cisalhamento constante usando reómetros rotacionais de placas paralelas tem que ser penhoMed cuidadosamente e pode ser perturbado pelo deslizamento da parede, de bandas de cisalhamento ou derrame amostra extensivamente como discutido acima. Portanto, utilizando experiências de cisalhamento oscilatório foram sugeridos para caracterizar desagregação e recuperação de pastas de prata estrutural durante o processo de serigrafia. Isto é feito em um teste de oscilatório de três fases, tal como sugerido por Hoornstra, Zhou e Thibert 10, 15, 21. Primeiro, uma varredura amplitude terá de ser realizada para determinar o regime de resposta não-linear linear e a uma frequência pré-seleccionado (Figura 13). O regime viscoelástica linear distingue-se pela constante, Equação valores de módulo independentes de e G'> G ''. O decaimento do módulo de armazenamento G' em grande Equação é escolhido como um critério para identificar o aparecimento da não-liregime de resposta próximo. A amplitude de deformação característica Equação marcação da transição de linear para resposta não-linear c é definida como a amplitude em que G 'tenha diminuído para 80% do seu valor inicial média L' 0 no regime linear: G '( Equação c) = 0,8 L' 0. Na fase I e III do teste, uma pequena amplitude de oscilação dentro do regime resposta viscoelástica linear, isto é, Equação < Equação c é seleccionado para caracterizar a estrutura restante do colar (fase I), bem como a dependência do tempo e o grau de recuperação da fase III do ensaio, após a destruição da estrutura inicial devido a uma amplitude de deformação elevada aplicada na fase II. Figura 14mostra os resultados correspondentes para colar B. Na fase I, a pasta é deformado em Equação = 0,025% e G' é superior a G '', isto é, o comportamento elástico da pasta é predominante. Quando a deformação é aumentada na fase II, G '' é maior do que L' assegurando a quebra estrutural na pasta durante este período de grande deformação. Fase III simula o descanso das linhas do dedo sobre o substrato após a impressão. Nesta fase G 'é superior a G '' de novo, mas G' e também G '' são ambos menores do que os respectivos valores L inicial' e G '' antes da estrutura pasta foi destruído. As gravações de vídeo confirmar que este não está relacionado com os efeitos como deslizamento parede, fluxo de tomada ou derramamento de amostra. A pasta deforma-se de modo uniforme durante a cisalhamento oscilatório, adere à placa, e indica nem deslizamento parede nem derramamento da amostra. Portanto, pode-se concluir que a incompletarecuperação dos módulos de cisalhamento indica uma mudança estrutural irreversível no interior da amostra, devido à grande amplitude de cisalhamento aplicada na fase II. Os dados mostrados na Figura 15 (a), revelam que o grau de alterações estruturais irreversíveis não depende da duração da grande amplitude de deformação de cisalhamento oscilatório aplicado na fase II. Os resultados na fase III não variam para diferentes períodos de tempo t cisalhamento II. No entanto, o valor da amplitude de deformação seleccionado na fase II tem um forte impacto no grau de recuperação estrutural. Isto é evidente a partir da Figura 15 (b) mostra a diferença entre os valores do módulo de armazenamento determinadas em fase III e I? G 'normalizada pelo valor inicial módulo G' eu. Para Equação > 20%, ou seja, a deformações correspondentes ao cruzamento de G' e G ''(ver Figura 13) colar B recupera apenas 30% do seu valor inicial e colar um apenas 10%. Esta é considerada uma propriedade pasta crucial para várias operações de revestimento e sua dependência da composição da pasta serão abordadas em trabalhos futuros. Note-se, a recuperação estrutural imediatamente após a cessação de grande cisalhamento oscilatório amplitude na fase II seria de extrema relevância especial para o processo de serigrafia mas o reómetro comercial usado aqui não permite a determinação de dados fiáveis ​​no primeiro segundo depois de mudar Equação .

experimentos de filamentos de alongamento foram realizados para simular o snap-off durante a serigrafia. O snap-off pertence à etapa final de serigrafia. A Figura 16 demonstra que os comprimentos de filamentos à ruptura aumenta com o aumento da velocidade de alongamento para ambos pastes. Ruptura ocorre sempre na razão de estiramento inferior (x l - x 0) / 0 x = Ax l / X 0 para a pasta B do que para colar uma, mas esta diferença parece diminuir ligeiramente com o aumento da velocidade de estiramento. Uma vez que a ruptura de filamentos de pasta de B acontece a uma razão de estiramento inferior este colar pode ter melhores propriedades de snap-off.

Os resultados obtidos com a estrutura de imagem reómetro capilar elongacional dissolução são confirmados pelas experiências Tensile Tester. Correspondentes resultados são mostrados na Figura 17. Novamente, a razão de estiramento na qual os filamentos de quebrar aumento com o aumento da velocidade de alongamento (Figura 17 (a)) e quebras de pasta B em menores Ax Br / x 0 valores diferentes de pasta A. No entanto, os valores absolutos Ax l / x 0 obtidos com o elongati dissolução capilarreómetro onal são sempre mais elevados do que os valores obtidos com o aparelho de teste de tracção correspondente. Isto é atribuído aos diferentes diâmetros de placa d = 6 mm e d = 5 mm, ou seja, diferentes volumes de amostra iniciais para o reómetro capilar e alongamento ruptura testador de tracção. Finalmente, o testador de tracção também fornece um segundo parâmetro característico a força máxima Fmax que actua sobre o filamento durante o estiramento. Esta quantidade também aumenta linearmente com o aumento da velocidade de separação, mas, neste caso, os valores obtidos para a pasta B são maiores do que aqueles para colar A. Investigações adicionais serão necessários para revelar a relevância de F max para o processo de serigrafia ou de outras operações de revestimento.

figura 1
Figura 1. viscosidade aparente em reometria rotacional de placas paralelas taxa de cisalhamento controlado. Visão geral do resulting aparente viscosidade e tensão de cisalhamento medido no modo de velocidade de corte controlada com um reómetro de placas paralelas (curto: PP), placa de rugosidade R q = 2-4? m e altura do espaço vazio h = 1 mm. A classificação de velocidade de corte aparente em três secções com base em gravações de vídeo durante a medição. deslizamento parede, pasta de deformação e derramamento de amostra são destacadas nos recortes de gravação de vídeo. Colar B é escolhido de forma exemplar aqui, mas foram obtidos resultados semelhantes para colar A. As barras de erro são calculados como o desvio padrão obtido a partir de pelo menos três medições independentes. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2
Figura 2. Aplicando o método do ponto de intersecção da tangente para a determinação do rendimento o stress. Os γ de deformação, isto é, o deslocamento da placa superior dividida pela altura do espaço vazio, é representada em função do cisalhamento nominal app estresse τ aplicada. A medição controlada tensão de corte é feito com uma placa de rugosidade R q = 2-4? M e uma altura do espaço vazio h = 1 mm. Colar B é escolhido de forma exemplar aqui, mas resultados semelhantes foram obtidos para colar A. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3
Figura 3. Efeito da placa de rugosidade no limite de elasticidade aparente. O limite de elasticidade aparente resultante para diferentes placa rugosidade R q = 1,15? M, R q = 2-4? M e R q = 9? M contra altura do espaço vazio h. Os resultados dependem da placa de roughness R q e é independente da variação da altura do espaço vazio de medição (esquerda: Um colar, direita: pasta B). As barras de erro são calculados como o desvio padrão obtido a partir de pelo menos três medições independentes. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4
Figura 4. recortes de gravações de vídeo em variando a tensão de cisalhamento. Aqui usando o exemplo de colar uma medida com placa rugosidade R q = 1,15? M. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5
q = 2-4? M. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6
Figura 6. Os recortes de gravações de vídeo em variando a tensão de cisalhamento. Aqui usando o exemplo de colar uma medida com placa rugosidade R q = 9? M. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 7
Figura 7. recortes de recor vídeo dings em variando a tensão de cisalhamento. Aqui usando o exemplo de pasta B medido com placa rugosidade R q = 9? M. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 8
Figura 8. resultante com limite de elasticidade. Uma comparação entre o limite de elasticidade aparente para a pasta A e B determinada com a geometria e o cata-R q = 2-4? M geometria de placas paralelas. As barras de erro são calculados como o desvio padrão obtido a partir de pelo menos três medições independentes. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Figura 9. A dependência de deslizamento na parede por tensão de corte. Parede deslizamento velocidade v deslizamento versus tensão de cisalhamento τ para colar A e B determinada com R q = 1,15? M geometria de placas paralelas à altura do espaço hi = 1 mm. A velocidade de deslizamento parede característicos obtido no limite de elasticidade do material é indicado como V *. As barras de erro são calculados como o desvio padrão obtido a partir de pelo menos três medições independentes. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 10
Figura 10. Efeito da altura do espaço vazio no derramamento da amostra. Viscosidade aparente em diferentes medição da altura h lacuna no modo de velocidade de corte controlada para colar B e a placa de rugosidade R q = 2-4? m. A altura do espaço vazio é variada entre h = 0,2 mm e h = 2,0 mm. torção para baixo da curva de viscosidade em conjuntos com taxas de corte mais elevadas, quando uma altura do espaço vazio inferior é escolhido. A altura do espaço vazio é variada entre h = 0,2 mm e h = 2,0 mm. As barras de erro são calculados como o desvio padrão obtido a partir de pelo menos três medições independentes. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 11
Figura 11. A velocidade de rotação crítico em que conjuntos de derramamento da amostra em Velocidade de rotação n crit em que a dobra para baixo dos conjuntos de curvas de viscosidade em lacuna versus altura h, utilizando a geometria de placas paralelas com R q = 2-4? M (esquerda.: colar A, direita: pasta B). Amostra spillover em conjuntos neste charactvelocidade de rotação erístico como confirmado por gravações de vídeo. Para pasta de uma amostra de derramamento de conjuntos em pelo n crit, A = 0,6 min -1 e para colar B com n crit, B = 1,7 min -1 para altura do espaço vazio h? 0,5 mm. As barras de erro são calculados como o desvio padrão obtido a partir de pelo menos três medições independentes. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 12
Figura 12. A viscosidade numa gama de velocidade de corte de largura. Viscosidade aparente da pasta A e B determinada numa gama de velocidade de corte de largura usando placas paralelas reometria rotacional (altura do espaço vazio h = 0,2 mm e h = 1 mm; R q = 2-4? M) e reometria capilar (d = 0,5 mm e L = 40 mm). As barras de erro são calculadas como a standar d desvio obtido a partir de pelo menos três medições independentes. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 13
Figura 13. Determinação do regime de resposta não-linear e linear em cisalhamento oscilatório. teste de varrimento de amplitude para pasta B: G', G '' versus amplitude de deformação Equação a frequência f = 1 Hz fixo. Teste realizado utilizando um reómetro rotativo equipado com uma geometria de placas paralelas (R q = 2-4? M, altura do espaço vazio h = 1 mm). As barras de erro são calculados como o desvio padrão obtido a partir de pelo menos três medições independentes.large.jpg" target = '_ blank'> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 14
Figura 14. Três fase de teste de recuperação estrutural. Três fase teste de recuperação estrutural para colar B realizada a constante frequência f = 1 Hz, com um reómetro rotativo de placas paralelas (placas de rugosidade R q = 2-4? M). A amplitude de deformação aplicada Equação na fase I é de 0,025%, na fase II Equação = 80% e em fase III Equação = 0,025%. As gravações de vídeo confirmar deformação da amostra homogénea em toda a distância, sem escorregamento da parede, de bandas de cisalhamento, ligar ou fluxo amostra derrame ocorre. As barras de erro são calculados como o desvio padrão obtido a partir de pelo menos trêsmedições independentes. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 15
Figura 15. Testes de recuperação estrutural. (A) Efeito do tempo de corte na recuperação estrutural. recuperação estrutural de pasta B para Equação II = 80% e diferente duração da fase II, II t = 50 s, 150 s e 600 s. (B) Efeito da amplitude de deformação sobre a recuperação estrutural. mudança estrutural irreversível Relativa
(G '(t → ∞) - L' (t = 0)) / G '(t = 0) =? G' / G' que como uma função da amplitude de deformação Equação aplicada na fase II dos três stage teste de recuperação estrutural determinada para pasta de A e B em constante t II = 150 s. As barras de erro são calculados como o desvio padrão obtido a partir de pelo menos três medições independentes. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 16
Figura 16. determinação óptica de quebra do filamento na deformação de alongamento. razão de elasticidade à tracção crítico em que a ruptura de filamentos ocorre para pastas A e B com velocidades diferentes de alongamento tal como obtido utilizando o reómetro capilar de alongamento ruptura (inicial altura do espaço vazio h = 1 mm). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 17
Figura 17. teste à tracção - força axial durante a deformação de alongamento. Resultante br? X / x 0 (a), e resultante força F max (b) vs alongamento velocidade obtida para pasta de A e B, com o dispositivo de teste de tracção. A altura inicial lacuna é h = 1 mm e o diâmetro do pistão d = 5 mm. A inserção mostra força F em bruto versus dados de raz de estiramento para colar B obtido em v = 30 milímetros s -1 para demonstrar a determinação de F max e Ax largo. As barras de erro são calculados como o desvio padrão obtido a partir de pelo menos três medições independentes. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.


Tabela 1. Resumo dos métodos aplicados, informações características e diferenças entre as propriedades de fluxo específicas de pasta correspondentes A e B. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta tabela.

Discussion

A caracterização reológica abrangente de suspensões ou pastas altamente concentrada é obrigatório para uma reunião de desenvolvimento de produto alvo os requisitos múltiplos durante o processamento e a aplicação de tais fluidos complexos. Esta investigação inclui a determinação de limite de elasticidade aparente, viscosidade, velocidade de deslizamento da parede, após recuperação estrutural grande deformação e o alongamento na ruptura, bem como a força de tracção do filamento durante o alongamento. Um resumo de todos aplicados métodos, informação obtida, e características de pasta encontram-se resumidos na Tabela 1.

A importância de gravações de vídeo para uma determinação segura de quantidades reológicas das suspensões altamente preenchidos mostrando deslizamento parede, de bandas de cisalhamento e transbordamento amostra em reometria rotacional de placas paralelas é demonstrada. As gravações de vídeo permitir a determinação do perfil de deformação verdadeira e o campo de fluxo no aro de amostra utilizando marcadores apropriados. É necessary para estudar este comportamento de deformação antes de analisar os resultados de experiências reológicas. Assim, as configurações de medição de parâmetros e valores de rugosidade placa pode ser identificado para a qual as medições de viscosidade são possíveis. A tensão de pasta de rendimento pode ser determinada usando uma geometria de palhetas ou placa-placa de geometria com rugosidade adequada.

Determinação da viscosidade é possível usando a geometria placa-placa apenas com uma rugosidade placa cuidadosamente seleccionado dependendo da composição da amostra. rugosidade maior não necessariamente resultar em menor deslizamento parede. A velocidade de corte ou tensão de cisalhamento na gama quais a determinação da viscosidade pode ser feito é limitado pelo limite de elasticidade e o aparecimento de derramamento da amostra.

Além disso, a velocidade de deslizamento pode ser medido directamente e condições de medição no qual o fluxo de tampão, de bandas de cisalhamento ou transbordamento amostra ocorrem podem ser identificados de forma clara. Para medições de deslizamento parede superfícies lisas foram usadas como o PLA de corte superiorte e uma placa de fundo áspero para permitir deslizamento-se apenas com a placa superior. Esta velocidade de deslizamento pode ser calculado directamente a partir da velocidade angular da placa superior. Para ambas as pastas de deslizamento ocorre a níveis de tensão muito abaixo do limite de elasticidade aparente. Observações semelhantes foram relatadas por suspensões de pérolas de vidro 25, suspensões de argila 27, pastas microgel moles, bem como para emulsões 28, 29, 30. Aqui um aumento linear de v deslizamento com aplicativo τ é encontrado. Isto está em linha com as observações de Aral et al. 25 que também determinada v deslizamento usando a visualização do campo de fluxo na borda das suspensões de contas de vidro investigados.

Seth et al. mostraram que o escalonamento da velocidade de deslizamento com a tensão aplicada é controlada pela interacção entre o partic suaveles que utilizado no seu estudo e a parede. Para o caso em que não existe aderência específica de partículas para a parede, eles também encontrar uma relação linear entre o v de deslizamento e o stress, mas um dimensionamento quadrática é encontrada para as partículas fracamente aderentes à parede 28, 29, 30. Os estudos sobre pastas de partículas macias também revelar uma característica velocidade de deslizamento V * no limite de elasticidade aparente e um modelo elastohidrodinâmico é apresentada 29 que permite calcular V * a partir de parâmetros de fluido física e de partículas que podem ser determinadas de forma independente: V * ~ γ y 2 (L 0 R / η s) (L / P L 0) 1/3. Esta velocidade de deslizamento característica depende das pastas produzir estirpe γ y e módulo de elasticidade G 0, solvente viscosidade η s, bem como particle raio R e o módulo G P. Os valores resultantes desta estimativa simples (V a * = 375? M s-1 e V * B = 118? M s-1) concordam muito bem com os resultados experimentais (Figura 9) não só no que diz respeito à ordem de grandeza, mas também em relação à diferença entre a pasta de a e B.

derrame da amostra é observada aqui a uma velocidade de rotação característica crítica para cada pasta. O derrame não ocorrem nos veículos puros. Este fenómeno limita a caracterização reológica das pastas e pode também ser relevante para certas operações de tratamento ou revestimento, mas a sua origem física ainda permanece sem solução.

As gravações de vídeo indicam ainda que o deslizamento da parede, de fluxo tampão e derramamento de amostra pode ser excluído durante ensaios de cisalhamento oscilatória. Portanto, a redução e aumento em módulos de cisalhamento observada durante três estágios testes de cisalhamento oscilatório com Small amplitude de oscilação na fase I e III, bem como uma grande amplitude de deformação Equação > Equação C pode ser directamente atribuída à ruptura estrutural para baixo e recuperação. Pode ser mostrado que o grau de alterações estruturais irreversíveis durante o cisalhamento aumenta oscilatórias com o aumento da amplitude de deformação em fase II até uma saturação é atingida a deformações correspondentes ao cruzamento de G' e G '' no teste da amplitude de varrimento, mas o dano irreversível é independente do período de elevada tensão de corte de amplitude na fase II. A mudança no módulo e, consequentemente, a estrutura da amostra devido a grande deformação de cisalhamento na fase II é denominado aqui irreversível uma vez que após o tempo de espera de mais do que 10 4 s, o módulo de armazenamento é muito inferior ao seu valor inicial (dados n mostrados). Os dados mostrados na Figura 15 são restritas a esperatempos de 1,500 s por uma questão de clareza. No entanto, deve-se notar que a escala de tempo do processo de impressão é da ordem de segundos ou até mesmo abaixo. Este não é acessível com a configuração reómetro rotativo convencional usados ​​neste estudo.

As alturas de hiato utilizados neste estudo também são muito maiores do que as aberturas de malha típicos em serigrafia de modernos impressos electrónica. As medições reológicas utilizando geometria placa-placa não pode ser feito em tais pequenas aberturas de folga devido a limitações de ajustamento mecânico para grandes placas tipicamente utilizados em medies reolicas. Além disso, grandes separações de hiato foram escolhidas aqui para facilitar a visualização da deformação da amostra no aro.

testes de filamentos de alongamento, utilizando um reómetro capilar de alongamento ruptura e um aparelho de teste de tracção pode ser utilizado para caracterizar o comportamento de deformação e quebra das pastas altamente preenchidos fluxos de alongamento. O alongamento na ruptura e o maximum força durante o alongamento são parâmetros obtidos a partir destes testes e pode ser relacionado com o rodo snap-off durante a serigrafia.

Finalmente, foram observadas diferenças significativas em todas as experiências acima descritas para as duas pastas de prata comerciais investigados neste estudo. Uma extensa discussão da relevância das propriedades de pasta reológicas para o seu desempenho serão abordados em um artigo posterior com base em dados de uma ampla variedade de diferentes pastas e veículos.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
endoscopy Visitool TVS80.280.BF6.AD10.2 full name: TV-Endoskop, C-Mount, Variookular 2X, Ø 8 mm x ca. 280 mm, 0°, BF: 6 mm, AD 10 mm
commercial silver paste  Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG
Global Business Unit Heraeus Photovoltaics
rheometer A Anton Paar Physica MCR 501 Rq = 2 - 4 µm
rheometer B Thermo Scientific Haake Mars II Rq = 1.15 µm
Rq = 9 µm
rheometer C Thermo Scientific (formerly Haake GmbH) Rheostress 150 vane geometry
sandpaper Jean Wirtz Düsseldorf Metallographie P320 C Rq = 9 µm
grain size = 46.2 ± 1.5
recording software Debut Video Capture
LED Spotlight Kaleep  48W Led Work Lights
Offroads Lights
Lamp Spotlight Floodlight 
capillary breakup elongational rheometer Thermo Scientific (Haake) HAAKE CaBER1
tensile tester Stable Micro Systems, Godalming, UK TA.XT plus
Texture Analyzer 
50 N load cell Stable Micro Systems, Godalming, UK Serialnumber: 10256249
a modified capillary rheometer Göttfert Rheograph 2000 (Göttfert Werkstoff-Prüfmaschinen GmbH, Buchen Germany)
500 bar pressure transducer Gefran, Selingenstadt, Germany

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References

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Yüce, C., Willenbacher, N.… More

Yüce, C., Willenbacher, N. Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions — A Case Study for Screen-printing Silver Pastes. J. Vis. Exp. (122), e55377, doi:10.3791/55377 (2017).

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