粉末冶金におけるポリマーバインダーのバーンアウト工程の最適化
焼結冶金では、添加された高分子バインダーが金属粉末との接着性を向上させる。しかし、第1加熱段階が速すぎると、バインダーのアウトガスがマイクロクラックを引き起こす可能性がある。
製造プロセスにとって、これは以下の2つの要素のバランスを見つけることを意味する：
- ゆっくりとした加熱 工程時間が長くなる 時間.
- 速い加熱 品質不良につながる 品質欠陥 ポリマーの分解時にガスが大量に発生するためである。
したがって 最適温度プロファイル を決定しなければならない。
問題だ：
トンネルキルン製造プロセスにおいて、最短時間で最高の品質を得るための最適なゾーン温度を見つけること。
解決策
窒素中で0.1、0.3、1、3、5、10K/minの加熱速度で6回の測定を行い、動力学モデルを求めた。最良の材料品質を維持するための最適な質量減少率は、全プロセスで0.05%/minであり、分解率が高くなると品質が低下し、低くなると時間が長くなる。一定の質量損失に対するこの最適化に基づいて、トンネルキルンでの製造に最適なゾーン温度が見出された。
図Aは、窒素雰囲気下、加熱速度を変えて行った6回の熱重量測定結果を示している。ここで示した3段階モデルを用いると、すべての測定値に対して高品質な近似を行うことができる。フィットの質が高ければ高いほど、 予測はより確かなものになる。
図Bは、実験室条件下でのポリマーのバーンアウトに最適な温度プロファイルを示している。最良の材料品質を得るためには、0.05%/分の一定の質量減少率を全プロセスにわたって維持する必要がある。
これより高い質量損失率では、プロセス時間は改善されるが、製品品質は低下する。他の質量損失率に対する温度プロファイルは、容易かつ迅速に計算することができる。
図Cは、5ゾーントンネルキルンにおける、製造工程 中のポリマー燃焼に最適なゾーン温度に対応する温度プ ログラムの質量損失予測を示している。