Утицај температуре топљења на чврстоћу међуфазне везе у процесу термопластичног ЦФ-ПАЕК (ПЕЕК) премаза.
Претходни текст описује утицај температуре калупа на међуфазну чврстоћу везивања између полиарилетеркетона од термопластичних угљеничних влакана (ЦФ-ПАЕК) и полиетеретеркетона (ПЕЕК) током процеса облагања. Разумело се да повећање температуре не само да побољшава чврстоћу међуфазног везивања већ и повећава чврстоћу на смицање. Овај чланак ће наставити да расправља о утицају температуре растапања смоле на међуфазну чврстоћу спајања два композитна материјала након процеса облагања.
Утицај температуре топљења на међуфазну чврстоћу везивања термопластичних ЦФ-ПАЕК (ПЕЕК) композита.
1. Чврстоћа на смицање пресвучених композитних материјала при различитим температурама топљења: Слика изнад приказује чврстоћу на смицање узорака ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК и СЦФ-ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК на различитим температурама топљења. Смичне чврстоће ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК су 69 МПа, 67 МПа, 71 МПа, 67 МПа и 66 МПа, респективно, док су смичне чврстоће СЦФ-ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК узорака 84 МПа, 84 МПа, 85 МПа , 87 МПа и 83 МПа, респективно. Упоређивање података о чврстоћи на смицање за два композитна узорка обложена термопластичном смолом открива да када је температура калупа 260 степени, повећање температуре топљења у почетку побољшава међуфазну чврстоћу везивања ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК, али затим доводи до пада.
2. Перформансе међуфазног спајања СЦФ-ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК узорака на различитим температурама топљења: Слика изнад илуструје стање међуфазног везивања СЦФ-ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК композита на различитим температурама топљења. Када је температура калупа 260 степени, граница између ПАЕК-а и ПЕЕК-а постаје нејасна. Како температура растопа расте, све већи број кратких угљеничних влакана из СЦФ-ПЕЕК продире у ПАЕК смолу. Као што је назначено црвеним круговима на слици, кратка угљенична влакна премошћују границу између две матричне смоле, повећавајући чврстоћу међуфазног везивања. Када се на интерфејсу формира зона мешања смоле, течљивост СЦФ-ПЕЕК смоле се може побољшати подизањем температуре растапања, омогућавајући да се више кратких угљеничних влакана убаци у регион богат смолом како би се ојачао интерфејс.
Према експерименталним подацима, када је температура калупа 260 степени, а температура топљења ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК 400 степени, чврстоћа на смицање обложеног композитног материјала достиже своју највишу тачку на 71 МПа. Насупрот томе, за СЦФ-ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК, максимална чврстоћа на смицање композитног узорка се постиже на 87 МПа када је температура топљења 410 степени.
Симулације молекуларне динамике откривају да су дифузија молекулског ланца и процес формирања међуфаза значајно под утицајем температуре калупа.
Као што је приказано на горњој слици, ПАЕК смола је обојена браон, а ПЕЕК смола је обојена зелено. Специфичан процес облагања и обликовања два термопластична композита посматра се коришћењем скенирајуће електронске микроскопије, омогућавајући испитивање молекуларне дифузије и формирања међуфаза. Резултати показују да температура калупа значајно утиче на међуфазну чврстоћу везивања, док температура растопа готово да нема утицаја. Због тога је температура калупа постављена као основни фактор за посматрање симулације у експерименту, при чему је температура бризгања постављена на 400 степени и температура калупа постављена на 220 степени, 240 степени, 260 степени и 280 степени, респективно.
Подаци показују да како температура калупа расте, неки молекуларни ланци продиру у интерфејс и заплићу се са ланцима другог слоја. У процесу пресвлачења и обликовања ПЕЕК/ПАЕК термопластичних композита, формирање интерфејса зависи не само од међусобног кретања два молекуларна ланца, већ и од самосталног кретања молекула.
Слика а приказује радијус ротације на граници између ПАЕК и ПЕЕК смола под различитим температурама калупа. Под различитим условима обраде, када се постигне стабилно стање од 300 степени, радијус ротације целог система се постепено повећава. Слика б приказује просечну криву азимуталног померања на граници између ПЕЕК и ПАЕК смола под различитим температурама калупа. Укупно просечно азимутално померање се брзо повећава током времена, што указује на то да како температура расте, молекуларно кретање се убрзава, што доводи до повећања јачине међуфазне везе. Међутим, када температура пређе 280 степени, просечно азимутално померање се стабилизује, а чврстоћа међуфазне везе такође престаје да расте.
Слика приказује енергију међуфазне везе и коефицијент дифузије два система при различитим температурама калупа. Може се приметити да како температура калупа расте са 220 степени на 280 степени, коефицијент дифузије расте са 7,3 × 10^-10 м²·с^-1 на 14,0 × 10^ -10 м²·с^-1, док се апсолутна вредност међуфазне енергије нагло повећава са 233,4 кцал·мол^-1 на 450,8 кцал·мол^-1. У поређењу са другим температурним променама, коефицијент дифузије показује значајну варијацију када се температура калупа подигне са 220 степени на 240 степени. У овом тренутку, брзина молекуларне дифузије се повећава, што је у складу са трендом уоченим у чврстоћи на смицање узорака.
Комбинујући претходни и садашњи текст, може се закључити да у процесу пресвлачења и ливења термопластичних угљеничних влакана полиарил етар кетона (ПАЕК) и полиетар етар кетона (ПЕЕК) композита, и температура калупа и температура топљења имају значајан утицај на укупну вредност. механичка својства композита и међуфазна чврстоћа везивања. Одабиром одговарајућих температура калупа и топљења, могуће је произвести полиарил етар кетон композите од термопластичних угљеничних влакана са врхунским перформансама.
