何謂 介電固化分析DEA量測法

什麼是介電固化分析（DEA）？

介電固化分析（Dielectric Analysis, DEA）是一種近年發表的監測技術，用於即時測量熱固性材料或複合材料在加工過程中的固化行為。無論是調整材料配方比例、開發新材料，還是優化製程，DEA都能提供從樹脂流動到完全固化的精確時間數據，取代傳統的經驗判斷或反覆試驗方式。透過DEA，材料固化過程不再是未知數，可大幅提升製程效率與產品品質。

為什麼需要DEA量測？

在熱固性材料的加工過程中，許多關鍵問題需要解答，例如：

• 固化過程中的變化：材料在加熱固化時會發生什麼變化？
• 最佳施壓時機：何時施加壓力以擠出空隙中的氣泡最合適？
• 固化反應速度：在不同溫度條件下，材料的固化速度如何？

傳統方法通常依賴實驗室精密儀器（如DSC、DMA、Rheometer）分析數據或經驗傳承，但這些方法往往因設備差異而需調整製程參數，耗時且效率低。DEA的優勢在於，它能在實際製程條件下即時監測固化行為，所得數據可直接應用於實驗室與生產線，實現無縫銜接。

DEA量測法的核心原理

DEA透過交流電訊號測量熱固性材料的電阻率和介電常數，即材料的介電特性。這些特性包括：

• 電阻率：由移動離子的流動產生，包含與頻率無關的直流電阻率（ρDC，通常稱為離子黏度，IV）以及與頻率相關的交流電阻率（ρAC）。
• 介電常數：反映材料偶極子的旋轉現象，與頻率相關。

離子黏度（IV）與材料的固化狀態高度相關，是監測固化過程的重要指標。DEA使用最佳頻率進行交流測量，能有效避免電極極化引起的數據失真，並可穿透離型膜和真空袋進行測量，適用於各種複雜製程環境。

數學模型與公式

假設將材料製成一模塊，DEA儀器對其施加固定頻率的交流電壓，測量電極間的電導（G）和電容（C），可將材料建模為並聯的電容與電導。以下是導納(Y)計算公式：

1. 導納Y公式：
Y = G + iωC = Ires / Vexc

• Ires：通過材料的交流電流（安培）
• Vexc：材料兩端的交流電壓（伏特）
• CMUT：材料電容（法拉）
• GMUT：材料電導（ohms⁻¹）
• ω：角頻率（2πf，弧度/秒）
• f：頻率（Hz）

2. 相對電導率：
σ' = G / （εoA / D）

3. 相對介電常數：
ε' = C / （εoA / D）

4. 電阻率：
ρ = 1 /σ（ohm-cm）

5. 離子黏度（IV）：
IV = ρDC (ohm-cm)

其中，離子黏度（IV）與機械黏度及交聯密度存在密切相關，在材料凝膠化前與機械黏度成正比，材料凝膠化後與模量成正比，固DEA適用於監控整個固化過程。

DEA量測的優勢與應用

DEA量測法是一種快速、即時的監控技術，能補足分析儀器（如DSC、DMA、Rheometer）的不足，提供以下關鍵數據：

• 玻璃轉化時間：快速判斷材料從液態轉為固態的時間點。
• 固化時間：精確測量材料完全固化的時間。
• 最低黏度時間：確定材料流動性最佳的時機，便於製程優化。

雖然DEA無法完全取代DSC、DMA等儀器，但其快速分析能力可為這些儀器指引方向，縮短反覆測試的時間，成為材料開發與製程優化的互補工具。

實際應用場景

• 實驗室研究：快速驗證新配方或材料的固化行為。
• 生產線監控：SMC或BMC材料即時調整製程參數，確保產品一致性。
• 複合材料加工：GFRP或CFRP材料凝膠化前樹脂最低動態離子粘度時間監測，材料凝膠化後固化時間點與完全固化時間監測。

結論

介電固化分析（DEA）是一種高效、即時的固化監測技術，適用於熱固性材料與複合材料的製程優化。透過測量離子黏度與介電常數，DEA能精確捕捉固化過程的關鍵數據，幫助工程師快速判斷材料行為，縮短開發週期，提升生產效率。無論是實驗室研究還是實際生產，DEA都是不可或缺的輔助工具。