Утицај температуре калупа на међуфазну чврстоћу везивања у процесу пресвлачења и обликовања термопласта ЦФ-ПАЕК (ПЕЕК).
Термопластични композити од угљеничних влакана високих перформанси показују предности као што су висока жилавост, отпорност на ударце, ниска апсорпција влаге и одличне еколошке перформансе. Истраживања о овој врсти композитног материјала су у току, што је резултирало развојем различитих термопластичних композита од угљеничних влакана са различитим матрицама, као и неколико изводљивих техника обраде, укључујући бризгање, пресовање и пресвлачење. Технологија топљења на високим температурама се дуго сматрала једном од примарних метода за припрему термопластичних композита од угљеничних влакана. Овај рад ће представити ефекте температуре калупа на међуфазну чврстоћу везивања за континуирани полиарил етер кетон ојачан угљеничним влакнима (ЦФ-ПАЕК) и полиетар етер кетон ојачан кратким угљеничним влакнима (ЦФ-ПЕЕК) током процеса пресвлачења, интегришући увиде из стручне литературе .
Припрема обложених композита од термопластичних ЦФ-ПАЕК и ЦФ-ПЕЕК
Континуирани термопластични полиарил етар кетон (ЦФ-ПАЕК) композити ојачани угљеничним влакнима припремљени су коришћењем једносмерних угљеничних влакана, која су затим формирана у континуалне композитне ламинате ојачане угљеничним влакнима путем пресовања. Полиетер етар кетон (ПЕЕК) и полиетар етер кетон ојачан кратким угљеничним влакнима (СЦФ-ПЕЕК) изабрани су као материјали за ињектирање, убризгани у калупе постављене на површину ЦФ-ПАЕК ламината и одржавани под притиском током одређеног периода да би се произвела мешавина. пресвучени композити. Након што је остављено да се ваздух охлади на собну температуру, обликовани термопластични композити од угљеничних влакана су уклоњени и исечени на фиксне величине. Различити тестови перформанси су спроведени накнадно, укључујући тестирање механичких својстава, анализу скенирајућим електронским микроскопом (СЕМ), испитивање запреминске фракције, испитивање реолошког понашања и тестирање наноиндентације. Подаци теста су графички приказани, а одговарајући закључци изведени су кроз упоредне студије више скупова узорака.
Утицај температуре калупа на међуфазну чврстоћу везивања термопластичних ЦФ-ПАЕК (ПЕЕК) композита.
1. Криве вискозитет-температура ПАЕК и ПЕЕК смола: Горња слика приказује криве вискозитет-температура за ПАЕК и ПЕЕК смоле. Подаци показују да се вискозност ПАЕК-а креће од приближно 89 до 237 Па·с на температурама између 340 степени и 400 степени, док се вискозност ПЕЕК-а креће од 203 до 330 Па·с на температурама између 360 и 420 степени. Обе термопластичне смоле показују понашање при разређивању при смицању, при чему се вискозитет смањује како температура расте. Што је нижи вискозитет растапа смоле, то је боља дифузија, што позитивно утиче на чврстоћу међуфазне везе.
2. Чврстоћа на смицање пресвучених композита на различитим температурама калупа: Слика а изнад приказује криве напон-деформација за ПЕЕК и СЦФ-ПЕЕК материјале на различитим температурама калупа. Слика б представља податке о чврстоћи на смицање за ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК и СЦФ-ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК при различитим температурама калупа. Чврстоће на смицање ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК су 56 МПа, 65 МПа, 70 МПа и 68 МПа, док су смичне чврстоће СЦФ-ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК 77 МПа, 79 МПа, 85 МПа и 71 МПа.
Резултати показују да се повећањем температуре калупа повећава отпорност на смицање узорака. Поред тога, због ојачања кратких угљеничних влакана, отпорност на смицање СЦФ-ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК је већа. Температура калупа утиче на време задржавања температуре интерфејса између убризганог растопа (ПЕЕК и СЦФ-ПЕЕК) и ЦЦФ-ПАЕК ламината, као и на време контакта пре очвршћавања. Како температура калупа расте, температура међуфазног слоја се постепено повећава, промовишући топљење и дифузију ПАЕК смоле на нижим температурама топљења, чиме се повећава чврстоћа међуфазног везивања.
3. Режими квара при смицању обложених композитних узорака на различитим температурама калупа: Горња слика приказује попречне пресеке лома на смицање ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК пресвучених композита на различитим температурама калупа. Открива да под дејством сила смицања, пукотине почињу да се формирају са обе стране узорка и шире се према центру. Када је температура калупа подешена на 220 степени и 240 степени, квар ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК првенствено је резултат међуфазног раслојавања, што указује на релативно слабу чврстоћу међуфазног везивања (Слике а и б). Насупрот томе, када се температура калупа повећа на 260 степени и 280 степени, квар ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК је углавном због интерламинарног прелома, што указује на јачу чврстоћу међуфазног везивања (слике ц и д).
Слика изнад приказује попречне пресеке лома на смицање композита обложених СЦФ-ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК на различитим температурама калупа, са стањем узорка сличним условима ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК композита. На температурама калупа од 220 степени и 240 степени, недостатак међуфазног везивања остаје главни проблем (слике а и б). Када се температура калупа повећа на 260 степени и 280 степени, квар СЦФ-ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК карактерише интерламинарни прелом ЦЦФ-ПАЕК и квар на савијање СЦФ-ПЕЕК (Слике ц и д). Због деформације савијања и интерламинарне смичне деформације узроковане процесом премаза, када међуфазна чврстоћа везивања ослаби, може доћи до деламинације између ПЕЕК, СЦФ-ПЕЕК и ЦЦФ-ПАЕК. Како се јачина међуфазне везе повећава, међуфазна деламинација у композиту се постепено смањује, док се међуламинарни лом смоле повећава.
Експериментални резултати показују да се начини квара на међуфазној површини композита мењају са повећањем температуре калупа. На нижим температурама, температура интерфејса је нижа, а растоп у калупу за ињектирање се брже хлади, што доводи до спорије молекуларне дифузије и слабије адхезије. Отказивање на смицање се манифестује као квар на међуфазној површини, карактерисан механичким спајањем. Како температура калупа расте, површина лома ПЕЕК-а се постепено повећава. Више температуре калупа подижу температуру интерфејса између ПЕЕК смоле и ПАЕК-а, повећавајући време мешања пре очвршћавања, што олакшава процес топљења смоле. Када температура интерфејса пређе температуру топљења ПАЕК-а, на интерфејсу се формира еутектички слој смоле, који повећава снагу међуфазног везивања.
4. Криве оптерећења и дубине наноиндентације пресвучених композита на различитим температурама калупа: Криве на горњој слици показују да за исто оптерећење удубљења, дубина удубљења постепено опада са повећањем температуре калупа, што сугерише да носивост смоле на интерфејсу јача како температура калупа расте. За ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК композит, на температури калупа од 260 степени, капацитет носивости међуслојне смоле је сличан ономе код ПЕЕК-а, што указује да је обложени композит достигао стање мешања растопљене смоле са слојем за убризгавање. смоле (ПЕЕК), постижући скоро идентичну чврстоћу. У поређењу са ПЕЕК-ом, композит СЦФ-ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК показује већа оптерећења на интерфејсу, што сугерише да додатак кратких угљеничних влакана побољшава смолу на интерфејсу, омогућавајући јој да поднесе већа оптерећења.
Када је дубина удубљења мала, модул се брзо смањује са повећањем дубине удубљења (слика б), показујући значајне варијације у кривој модула током ове фазе. Када дубина пређе 250 нм, вредности модула почињу да се изглађују са повећањем дубине. На дубинама већим од 500 нм, крива модула постаје стабилнија. На температури калупа од 220 степени, крива дубина модула за композите обложене ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК је релативно нестабилна, са нижим модулом од 4,2 ГПа. Ово указује на то да при температури калупа од 260 степени, растоп може да формира слој коегзистенције смоле са површинском смолом предформе, што резултира модулом упоредивим са ПЕЕК-ом.
Крива модула дубине за композите обложене СЦФ-ПЕЕК/ЦЦФ-ПАЕК је релативно глатка, што указује да додавање кратких угљеничних влакана може побољшати модул смоле на интерфејсу. Како се температура калупа повећава, модул се такође постепено повећава. На температури калупа од 260 степени, повећање је значајно, достижући и до 5,5 ГПа, што је повезано са преласком у међуфазно стање везивања на овој температури. Ово указује да се две врсте смола на интерфејсу могу истопити и дифундовати једна у другу. Поред тога, кратка угљенична влакна се могу уградити у међуфазни слој када је смола у растопљеном стању, што доприноси повећању модула.
